CA2498246A1 - Low-smoke coated electrode and hexavalent chrome base for welding stainless steels - Google Patents
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Abstract
Electrode enrobée à faible émission de fumées et bas chrome hexavalent utilisable pour le soudage des aciers inoxydables. L'électrode enrobée est formée d'une âme centrale métallique, an acier ou acier inoxydable, recouverte d'un enrobage solide formant un revêtement sur ladite âme, ledit enrobage contenant au moins un composé à ba se de lithium et étant exempt de composé à base de sodium et de potassium tels que les alumino-silicates. Selon l'invention, l'enrobage comprend de 5 à 45% en poids d'au moins un composé à base de lithium ou de 0.2 à 3 % de lithium provenant d'au moins un composé à base de lithium, au moins un agent de filage exempt de Na ou/et K, au moins un liant contenant d u lithium, environ 10 à 55% en poids d'un ou plusieurs éléments métalliques sous forme de ferro-alliages ou d'éléments seuls, et une proportion totale dans l'enrobage de Na et K comprise entre 0 et 1 en poids, le % en poids de chaque composé considéré étant expri mé par rapport au poids total d'enrobage de l'électrode.Coated electrode with low smoke emission and low hexavalent chromium suitable for welding stainless steels. The coated electrode is formed of a metal core core, made of steel or stainless steel, covered with a solid coating forming a coating on said core, said coating containing at least one compound with lithium base and being free of compound. sodium and potassium base such as alumino-silicates. According to the invention, the coating comprises from 5 to 45% by weight of at least one lithium-based compound or from 0.2 to 3% lithium from at least one lithium-based compound, at least one agent Na- and / or K-free spinning process, at least one lithium-containing binder, about 10 to 55% by weight of one or more metal elements in the form of ferroalloys or single elements, and a total proportion of Na and K coating of 0 to 1 wt.%, the wt.% of each compound under consideration being relative to the total coating weight of the electrode.
Description
La présente invention concerne le domaine des électrodes enrobées écologiques de type rutile, à fusion douce, à faible émission de fumées, à faible émission de chrome hexavalent (Cr~~) et à enrobage solide, c'est-à-dire peu ou pas friable, destinées en particulier au soudage des aciers inoxydables.
Les fumées émises lors des opérations de soudage, issues de processus complexes de vaporisation - condensation - oxydation ou vaporisation - oxydation -condensation, comptent parmi les nuisances associées au soudage à l'arc. De ce fait, les fumées de 1 o soudage, dont la nature et la quantité constituent une préoccupation grandissante dans les ateliers de fabrication, imposent de recourir à des protections, tels des extracteurs de fumées, afin de préserver la santé des opérateurs et des membres du personnel travaillant à
proximité.
D'un point de vue général, un acier inoxydable se définit comme un alliage de fer dont la teneur nominale en chrome est d'au moins 11% en poids. Son utilisation se justifie lorsqu'une bonne tenue à l'oxydation et à la corrosion est recherchée. Parmi les aciers inoxydables figurent plusieurs sous-catégories d'aciers, à savoir - les aciers austénitiques, vraisemblablement les plus couramment usités et souvent cités sous l'appellation « série 300 » de par leur classement selon la normalisation The present invention relates to the field of ecological coated electrodes of rutile type, soft-smelting, low-emission, low-emission chromium hexavalent (Cr ~~) and with a solid coating, that is to say, little or no friable, especially for welding of stainless steels.
Fumes emitted during welding operations, resulting from processes complex vaporization - condensation - oxidation or vaporization - oxidation -condensation, are among the nuisances associated with arc welding. As a result, fumes from 1 o welding, the nature and quantity of which are a concern growing in factories, require the use of protections, such as smoke extractors, to preserve the health of operators and staff members working at proximity.
From a general point of view, a stainless steel is defined as an alloy of iron whose nominal chromium content is at least 11% by weight. Its use is justified when good resistance to oxidation and corrosion is sought. Among steels There are several subcategories of stainless steel, namely - austenitic steels, probably the most commonly used and often referred to as "300 Series" by their classification according to the normalization
2 o américaine, dont la composition est basée sur le système fer - chrome -nickel, et dont le total des teneurs en éléments Cr, Ni, Mn et Si excède 16% en poids dans l'alliage ;
et - les aciers martensitiques ;
les aciers ferritiques ;
- les aciers duplex ;
2 5 - les alliages d'aciers à durcissement par précipitation ; et - les super-alliages d'aciers.
De fait, la forte présence de (élément chrome dans les aciers inoxydables fait que, pendant leur soudage, les particules constitutives des fumées de soudage contiennent une forte teneur en composés porteurs de l'élément chrome, à savoir chrome trivalent (Crin), forme la moins toxique de l'élément chrome, et/ou chrome hexavalent (Cr~~), forme connue comme étant fortement toxique pour l'être humain puisque considéré comme cancérogène.
Dans le cas du soudage des aciers inoxydables, l'élément chrome hexavalent (Crv~), issu des fumées de soudage et présent dans l'air respiré, est donc particulièrement réglementé, compte tenu de son caractère toxique potentiel.
Ainsi, sachant que les réglementations en vigueur dans la plupart des pays indiquent que la valeur moyenne d'exposition (VME) tolérée est de 5 mg/m3 d'air pour les particules de fumées "non nocives" et que celle de l'élément Cr~~ contenu dans les fumées est égale à 0.05 mglm3, comme le rapporte Cunat P.J., Le chrome dans les fumées de soudage des aciers 1 o inoxydables, Matériaux et Techniques, n° 1-2 2002, ia concentration maximale tolérée du Crv~, pour que celui-ci n'implique pas une réduction de la teneur maximale en fumées dans Pair respiré, doit être au maximum de 1 °~, c'est-à-dire (0.0515)x100. En deçà de 1 %, le Crv~ n'est donc pas le facteur limitant la quantité de fumées admissible dans Pair respiré.
En comparaison, la VME du chrome trivalent (Crin) étant de 0.5 mg/m3, sa concentration maximale admissible dans les fumées, pour ne pas engendrer une réduction des fumées admissible dans l'air respiré, est de 10%.
De là, dans les ateliers de soudage, afin de limiter la quantité de fumées et la proportion en Crv~ dans l'air respiré par les opérateurs en-dessous des valeurs maximales admissibles, la ventilation de l'atelier doit être très supérieure lors de l'utilisation de produits 2 o de soudage traditionnels des aciers inoxydables à celle nécessaire lors de l'emploi de produits pour aciers classiques.
Moyennant des ajustements de formulation d'une électrode enrobée traditionnelle, il est possible de réduire les fumées de soudage à la source. Ces modifications de formulation constituent ainsi le moyen le plus efficace pour limiter les nuisances engendrées dans 2 5 l'environnement du soudeur, avant même de recourir à des équipements parfois lourds, tels des extracteurs de fumées.
Ceci est d'autant plus vrai que le procédé de soudage à (électrode enrobée, de par sa facilité de mise en oeuvre, est très utilisé pour les soudures dans des espaces confinés dans certains ateliers ou chantiers, où il est parfois difficile de mettre en place une aspiration 2 o American, whose composition is based on the iron-chromium system -nickel, and the total contents of elements Cr, Ni, Mn and Si exceed 16% by weight in the alloy;
and - martensitic steels;
ferritic steels;
- duplex steels;
Alloys of precipitation hardening steels; and - superalloys of steels.
In fact, the strong presence of (chromium element in stainless steels than, during their welding, the constituent particles of welding fumes contain a high content of compounds bearing the chromium element, namely chromium trivalent (Crin), the least toxic form of the chromium element, and / or hexavalent chromium (Cr ~~), known form as being highly toxic to humans since considered carcinogen.
In the case of welding of stainless steels, the hexavalent chromium element (Crv ~) from welding fumes and present in the breathed air, is therefore particularly regulated, given its potential toxic nature.
Thus, knowing that the regulations in force in most countries show that the average exposure value (MEV) tolerated is 5 mg / m3 of air for particles of "non-harmful" fumes and that of the Cr ~~ element contained in the fumes is equal to 0.05 mglm3, as reported by Cunat PJ, chromium in welding fumes steels 1 o Stainless, Materials and Techniques, No. 1-2 2002, ia concentration maximum tolerance of Crv ~, so that it does not involve a reduction of the maximum fume content in Pair breathed, must be at most 1 ° ~, that is (0.0515) x100. In below 1%, Crv ~ is not therefore not the factor limiting the amount of fumes permissible in breathed.
In comparison, the VME of trivalent chromium (Crin) being 0.5 mg / m3, its maximum permissible concentration in the flue gases so as not to cause reduction permissible fumes in the breathing air, is 10%.
From there, in welding shops, to limit the amount of smoke and the proportion in Crv ~ in the air breathed by operators below maximum values permissible, the ventilation of the workshop must be much higher when the use of products 2 o traditional welding of stainless steels to that required during the job of products for conventional steels.
By means of formulation adjustments of a coated electrode traditional, he It is possible to reduce welding fumes at the source. These modifications of formulation thus constitute the most effective way to limit nuisance generated in 2 5 the welder's environment, even before resorting to equipment sometimes heavy, such smoke extractors.
This is all the more true as the welding process with (coated electrode, by its ease of implementation, is widely used for welds in confined spaces in certain workshops or construction sites, where it is sometimes difficult to place a suction
3 o des fumées véritablement efficace.
Le principe de génération du CrV~ dans les fumées est illustré par les équations [1 ] et [2] ci-dessous et réside dans la formation, lors du soudage, de certains composés nocifs, porteurs de l'élément Cr~~, tels que par exemple Na2Cr~~0a, K2Cr~~0a, NaKs(Cr~~Oa)2, ou K2NaCr~~Fs, à partir de la réaction des éléments sodium (Na) et potassium (K) avec le chrome (Cr) entrant dans la composition de l'électrode.
2.Na + Cr + 202 ~ Na2Cr~~0a [1]
2.K + Cr + 202 -~ K2Cr~~0a [2]
Afin de diminuer les teneurs en ces composés porteurs de I 'élément Cr~~ dans les fumées, le document de Kimura S., Kobayashi M., Godai T. and Mimato S., investigations on 1 o chromium in stainless steel welding fumes, Welding Journal, p.195s-203s, Juillet 1979, a proposé de supprimer, dans les formules d'enrobages d'électrodes, tous les ingrédients contenant les éléments Na et K, et à les substituer par des ingrédients "équivalents" à base de lithium (Li).
Ainsi, il est connu d'opérer soit une substitution des feldspaths de Na ou K, tels que KAlSisOa ou NaAISisOa. présents dans les formules traditionnelles non écologiques d'enrobages pour électrodes par des composés de type alumino-silicates à base de Li aux propriétés très proches tels que la pétalite LiAISiaO,o, le spodumène LiAI(SiOs)2 ou feucryptite LiAISiOa, soit un remplacement des silicates de Na et K habituels par du silicate de Li.
2 o Cependant, la mise en oeuvre de cette solution a toujours été difficile et n'a jamais pu être véritablement industrialisée car (utilisation d'un liant au lithium en remplacement de liants) au sodium et/ou potassium conduit à des électrodes à l'enrobage fragile, voire très friable, rendant les électrodes ainsi formulées inutilisables en milieu industriel où les électrodes sont couramment soumises à des chocs accidentels ou à des manipulations peu 2 5 délicates conduisant à leur détérioration rapide lorsqu'elles ne sont pas assez résistantes au plan mécanique.
Par ailleurs, les composés à base de Na et K, qu'ils soient sous la forme de poudres et/ou de silicates liquides, sont classiquement utilisés d'une manière quasi-systématique dans les enrobages d'électrodes enrobées pour conférer aux produits leurs bonnes 3 o caractéristiques d'arc, notamment stabilité et dynamisme d'arc. C'est pour cette raison que 3 o fumes truly effective.
The principle of generating CrV ~ in the fumes is illustrated by the equations [1] and [2] below and resides in the training, during welding, of certain harmful compounds, carriers of the element Cr ~~, such as for example Na2Cr ~~ 0a, K2Cr ~~ 0a, NaKs (Cr ~~ Oa) 2, or K2NaCr ~~ Fs, from the reaction of sodium (Na) and potassium (K) elements with chrome (Cr) entering the composition of the electrode.
2.Na + Cr + 202 ~ Na2Cr ~~ 0a [1]
2.K + Cr + 202 - ~ K2Cr ~~ 0a [2]
In order to reduce the levels of these compounds carrying the Cr ~~ element in the fumes, the paper by Kimura S., Kobayashi M., Godai T. and Mimato S., investigations on 1 o chromium in stainless steel welding fumes, Welding Journal, p.195s-203s, July 1979, a proposed to delete, in electrode coating formulations, all ingredients containing the elements Na and K, and to substitute them with ingredients "equivalents" based of lithium (Li).
Thus, it is known to operate either a substitution of Na or K feldspars, such as KAlSisOa or NaAISisOa. present in traditional formulas not ecological of coatings for electrodes with aluminosilicate-type compounds based on from Li to very close properties such as petalite LiAISiaO, o, spodumene LiAI (SiOs) 2 or encryption LiAISiOa, a replacement of the usual Na and K silicates by silicate from Li.
2 However, the implementation of this solution has always been difficult and never could to be truly industrialized because (use of a lithium binder in replacement of binders) to sodium and / or potassium leads to coating electrodes fragile or very friable, rendering the electrodes thus formulated unusable in medium where the electrodes are commonly subject to accidental shock or little manipulation 2 delicate, leading to their rapid deterioration when they are not quite resistant to mechanical plane.
Furthermore, the compounds based on Na and K, whether in the form of powders and / or liquid silicates, are conventionally used in a substantially systematic Coatings of coated electrodes to give the products their good 3 o arc characteristics, especially stability and arc dynamics. It's for this reason that
4 les électrodes formulées à base de silicate de lithium uniquement, donc sans Na et K, présentent une soudabilité opératoire très inférieure à celle des électrodes standard.
Le document tiré de l'expérience du groupe Boehler Thyssen Welding et publié
par Spiegel-Ciobanu V.E., Entwicklung schadstoffarmer hoch legierter Cr Ni-Schweisszusatze Teil 1: Reduktion des Crv~-Gehalts im Schweissrauc'', Schweissen und Schneiden, 55(4), pp.
198-200, Mai 2003, décrit la difficulté de produire de telles électrodes inoxydables écologiques dépourvues de Na et K, du fait en particulier de leur faible résistance d'enrobage, et confirme leur niveau de soudabilité opératoire significativement inférieure à celle des produits inoxydables standard.
1 o En définitive, bien que le principe de substitution des ingrédients contenant les éléments Na et K par des ingrédients "équivalents" à base de Li soit connu depuis longtemps pour l'abaissement du taux d'émission de fumées et de la quantité en Cr~~ dans les fumées, seul le document de Griffïths T, and Stevenson A.C., Development of stainless steel welding electrodes having a low level of toxic chromium in the fume, The 5~
International Symposium of the Japan Welding Society, Advanced Technology in Welding, Materials Processing and Evaluation, SJWS-IV-3, Tokyo, Avril 1990, décrit la fabrication d'électrodes inoxydables formulées à partir de silicate et composés de Li exclusivement, et à
l'enrobage solide, à
basses émissions de fumées et de Cr~~, et aux propriétés opératoires dites "satisfaisantes".
Toutefois, il s'avère en pratique que les propriétés opératoires de ces électrodes se 2 o sont révélées être très inférieures à celles des électrodes de type rutile dites "à fusion douce", si bien que, depuis la publication de ce document, aucune électrode de ce type n'est apparue sur le marché des électrodes inoxydables.
Par ailleurs, les documents 0'Donnell D. and Bishel R., Stable low fume stainless steel welding electrode, Inco Alloys International Inc., 1991; US -A-4 the electrodes formulated based on lithium silicate only, so without Na and K, have an operating weld much lower than the electrodes standard.
The paper drawn from the experience of the Boehler Thyssen Welding Group and published by Spiegel-Ciobanu VE, Entwicklung schadstoffarmer hoch legierter Cr Ni-Schweisszusatze Teil 1: Reduktion of Crv ~ -Gehalts im Schweissrauc '', Schweissen und Schneiden, 55 (4), pp.
198-200, May 2003, describes the difficulty of producing such electrodes stainless ecological systems without Na and K, in particular because of their low coating resistance, and confirms their significantly lower level of operability weldability to that of standard stainless products.
1 o Ultimately, although the principle of substitution of ingredients containing the Na and K elements with "equivalent" ingredients based on Li is known since a long time for the reduction of the smoke emission rate and the amount of Cr ~~ in fumes, only the document by Griffiths T, and Stevenson AC, Development of Stainless steel welding electrodes having a low level of toxic chromium in the smoke, The 5 ~
International Symposium of the Japan Welding Society, Advanced Technology in Welding, Materials Processing and Evaluation, SJWS-IV-3, Tokyo, April 1990, describes the manufacture of electrodes stainless made from silicate and Li compounds exclusively, and the solid coating, to low emissions of fumes and Cr ~~, and the operating properties called "Satisfactory".
However, it turns out in practice that the operating properties of these electrodes 2 o are found to be much lower than those of rutile type electrodes say "soft fusion", so that, since the publication of this document, no such electrode did not appear on the market of stainless electrodes.
Moreover, the documents 0'Donnell D. and Bishel R., Stable low smoke stainless steel welding electrode, Inco Alloys International Inc., 1991; US -A-
5,124,530 ; Koike 2 5 Hiroyuki, Cr-confained coated electrode, Nippon Steel Corp., 1989, et JP-A-proposent, quant à eux, des électrodes inoxydables à émission de fumées réduites simplement, grâce à (utilisation de silicates mixtes à base de Na, K et Li.
Toutefois, l'utilisation de silicates mixtes à base de Na, K et Li ne permet pas d'abaisser suffisamment la teneur en Crin dans les fumées, du fait de la présence d'éléments Na et K conduisant à la formation inévitable de chrome hexavalent selon les mécanismes des formules (1) et (2) ci-avant.
Par ailleurs, plusieurs autres publications se sont intéressées aux émissions de fumées pendant le soudage et l'on peut citer, à titre indicatif, les documents suivants 5 - Carter G., The effects of basic electrode coating formulation on fume emission rate and composition in manual metal arc welding of steel, Welding Institute Members Report 319, 1986, - Dennis J., French M., Hewitt P., Mortazavi S. and Redding A., Control and Occupafional exposure to hexavalent chromium and ozone in tubular wire arc welding processes by replacement of potassium by lithium or by addition of zinc, Ann.
Occup. Hyg., Vo1.46, No.1, pp.33-42, 2002, - Griffiths T., Development of stainless steel welding electrodes having a low level of toxic chromium in the fume, Strasbourg seminar on welding fume: effects, control and protection, Paper 6, Abington UK, The Welding Institute, 1991, i 5 - C. Bonnet, P. Rouault, B.Leduey, F. Richard and E. Bauné, Amélioration de l'environnement du soudeur par le biais de la formulation des consommables de soudage, Conference Proceedings des 6emes Journées Nationales du Soudage, "Soudage et Prospective Industrielle", Tours, France, 21-25 Octobre, 2002, et - E. Bauné, B. Leduey, F. Richard and P. Rouault ; Le soudage des aciers 2 0 inoxydables à travers des exemples de l'évolution des consommables ef des gaz, Proceedings du CIMATS Colloque Industriel, Université Technique de Belfort Montbéliard, 13 Décembre, 2002.
Au vu de l'état de la technique, le problème qui se pose est d'améliorer les électrodes enrobées destinées au soudage des aciers inoxydables de manière à
2 5 - pouvoir atteindre un taux d'émission de fumées réduit d'un facteur allant jusqu'à 2, voire au-delà, par rapport aux électrodes inoxydables traditionnelles standard, - pouvoir obtenir une proportion de Crv~ inférieure à 1% dans les fumées, - avoir un enrobage solide et résistant, c'est-à-dire non friable, et 5,124,530; Koike Hiroyuki, Cr-coated coated electrode, Nippon Steel Corp., 1989, and JP-A-propose, for their part, stainless electrodes with smoke emission reduced simply, thanks to (use of mixed silicates based on Na, K and Li.
However, the use of mixed silicates based on Na, K and Li does not allow not sufficiently lower the horsehair content in the fumes, because of the presence of elements Na and K leading to the inevitable formation of hexavalent chromium according to mechanisms of formulas (1) and (2) above.
In addition, several other publications focused on of fumes during welding and can be cited, as an indication, the documents following 5 - Carter G., The effects of a basic electrode coating formulation on smoking emission rate and composition in manual welding metal arc welding, Welding Institute Members Report 319, - Dennis J., French M., Hewitt P., Mortazavi S. and A. Redding, Control and Occupational Exposure to Hexavalent Chromium and Ozone in Tubular Wire Arc welding by replacement of potassium by lithium or by addition of zinc, Ann.
Occup. Hyg., Vo 1.46, No.1, pp.33-42, 2002, - Griffiths T., Development of stainless steel welding electrodes having a low level of toxic chromium in the smoke, Strasbourg seminar on welding fume: effects, control and Protection, Paper 6, Abington UK, The Welding Institute, 1991, i 5 - C. Bonnet, P. Rouault, B.Leduey, F. Richard and E. Bauné, Improvement of the welder's environment through the formulation of consumables from welding, Conference Proceedings of the 6th National Welding Days, "Welding and Prospective Industrielle ", Tours, France, October 21-25, 2002, and E. Bauné, B. Leduey, F. Richard and P. Rouault; Welding steels 20 stainless steel through examples of the evolution of consumables and gas, Proceedings of the CIMATS Colloque Industriel, Technical University of Belfort Montbéliard, 13 December, 2002.
In view of the state of the art, the problem is to improve the electrodes coated steels for the welding of stainless steels to - to be able to reach a smoke emission rate reduced by a factor up to 2, beyond, compared to traditional stainless electrodes standard, - to be able to obtain a proportion of Crv ~ of less than 1% in the fumes, have a solid and resistant coating, that is to say not friable, and
6 - pouvoir obtenir un niveau de soudabilité opératoire conforme aux exigences requises pour ce type d'électrodes, notamment en ce qui concerne leurs caractéristiques d'arc, d'aspect de cordon et de détachement de laitier.
Autrement dit, le problème qui se pose est de proposer une gamme de formulations d'électrodes enrobées écologiques, à l'enrobage solide, de type rutile à
fusion douce, destinées au soudage des aciers inoxydables, conduisant à un métal déposé
(après fusion) dont la composition chimique est conforme aux normes relatives aux différentes nuances d'aciers inoxydables, en particulier aux normes EN 1600 et AWS A5.4.
La solution de l'invention est une électrode enrobée formée d'une âme centrale 1 o métallique au moins partiellement recouverte d'un enrobage solide formant un revêtement sur ladite âme, ledit enrobage contenant au moins un composé de lithium, de préférence en général un feldspath, et étant exempt de feldspath de sodium et de potassium, caractérisée en ce que l'enrobage comprend (le % en poids de chaque composé considéré étant exprimé
par rapport au poids total d'enrobage de l'électrode) - de 5 à 45% en poids d'au moins un alumino-silicate à base de lithium ou de 0.2 à 3 de lithium provenant d'au moins un alumino-silicate à base de lithium, - au moins un agent de filage exempt de Na ou/et K, - du silicate de lithium en tant que liant, - environ 10 à 55% en poids d'un ou plusieurs éléments métalliques sous forme de 2 o ferro-alliages ou d'éléments seuls, - une proportion totale dans l'enrobage de Na et K comprise entre 0 et 0.50%
en poids.
Dans le cadre de l'invention, par "exempt" d'un composé donné, on entend que ledit composé n'a pas été volontairement inclus dans l'enrobage et qu'idéalement, ledit enrobage 2 5 n'en contient pas du tout. Toutefois, la présence éventuelle de ce composé
à l'état de traces en tant qu'impuretés inévitables n'est pas à exclure bien que non souhaitée.
Des électrodes dont l'enrobage contiendrait dès lors de telles traces de composé seraient considérées comme étant incluses dans le champ de protection conféré pour la présente invention.
Selon le cas, l'électrode de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des 3 0 caractéristiques techniques suivantes î
- la proportion totale dans l'enrobage de Na et K est inférieure à 0.50%.
- l'âme centrale métallique est en acier inoxydable ou en acier doux,.
- le diamètre de l'âme est compris entre 1.6 et 6 mm, de préférence compris entre 2 et 4 mm.
- le (ou les) composé de lithium est choisi parmi les alumino-silicates à base de Li.
Celui-ci (ou ceux-ci) a typiquement une formule générale chimique du type Li,AI,(SiXOY).
- au moins un feldspath de lithium est choisi parmi le spodumène, la pétalite et l'eucryptite. De préférence, les constituants d'enrobage à base de lithium, tels que spodumène LiAI(SiOs)2, pétalite LiAISia0lo et eucryptite LiAISiOa, sont présents dans l'enrobage en une proportion de 5 à 45% en poids, de préférence de 12 à 40% en poids dans l'enrobage.
- le liant contenant du lithium est du silicate de lithium, de formule typique (Li20)X.(Si02)y.(H20~. Lors de la préparation de !'enrobage, le silicate de lithium est introduit sous forme liquide dans une proportion supérieure à 105 g/kg de formule sèche, de préférence 120 à 2208 en poids des matières premières (poudres sèches uniquement), de préférence encore de 150 à 200g, soit, en poids des éléments suivants exprimés par rapport au poids total d'enrobage de l'électrode, plus de 10% de Si et plus de 1.3% de Li, de préférence de 11 à 21 % de Si et de 1.5 à 2.9% Li, de préférence encore de 14 à 19% de Si et de 1.9 à 2.6% de Li.
2 0 - au moins un agent de filage est choisi dans le groupe formé par la carboxyméthylcellulose (CMC), l'hydroxyéthylcellulose ou toute autre substance organique ou résine soluble dans l'eau, (alginate de calcium, les polymères d'origine végétale, tels que la gomme de guar, le talc (de formule typique 3Mg0.4Si02.H20), ou encore l'argile (de formule typique AI20s.2Si0z.2H20).
2 5 - l'enrobage comprend environ de 10 à 55% (si âme en acier) en poids de (enrobage d'un ou plusieurs éléments métalliques sous forme de ferro-alliages ou d'éléments seuls, la teneur en ce ou ces éléments métalliques étant équilibrée dans l'enrobage en fonction du type d'âme utilisé et de la nuance à souder (308L, 309L, 316L, 347L...selon la dénomination de la norme américaine AWS).
ô
- les éléments métalliques sont choisis parmi le manganèse, le nickel, le chrome, le molybdène, 1e fer, le silicium, l'aluminium, le niobium, le titane, le tantale, le cuivre et leurs mélanges ou ferro-alliages comprenant ces éléments.
- elle comporte de 120 à 220 g de silicate de lithium liquide/kg de formule sèche, soit de 11 à 21 % de Si et de 1.5 à 2.9% de Li par rapport au poids total d'enrobage de l'électrode.
- l'enrobage contient, exprimé en % en poids dans l'enrobage, des composés semant à la constitution de l'enrobage dans les proportions suivantes : de 0.8 à
18.5% de AI20s, de préférence de 2 à 16.5 % de AI20s (issu en particulier du ou des alumino-silicates de Li, et éventuellement d'autres poudres contenues dans la formule), de 5 à 40% de Si02, de 1o préférence de 9 à 35% de SiOz, (issus du ou des silicates de Li et des poudres d'enrobage dont les alumino-silicates de Li), de 15 à 45% deTiOz, de préférence de 20 à
40% deTi02, de 2.8 à 8.5% de CaO, de préférence de 4 à 7.5% de CaO, de 0.5 à 5% de CaF2, de préférence de 1 à 4% de CaF2, et de 4 à 18% de carbonates, en particulier du CaCOs, de préférence de 8 à 13% de carbonates.
- l'enrobage peut comporter, par ailleurs, au moins une poudre contenant un ou plusieurs éléments choisis parmi S, Se, Te, Sb et Bi.
- l'enrobage peut comporter, exprimé en % en poids dans l'enrobage de 0.01 à
2% en l'un ou plusieurs des éléments du groupe S, Bi, Te, Se et Sb, de préférence de 0.03 à 1.3%.
- l'enrobage peut contenir aussi, exprimé en % en poids dans l'enrobage, d'autres 2 0 oxydes et fluorures, en une proportion de 0.5 à 10%, de préférence 3 à 7%.
- la répartition granulométrique du mélange sec (hors liant) est au minimum de 20%
au delà de 100,um, de préférence de 25 à 50%, et au maximum de 40% en deçà de 40,um, de préférence de 5 à 30%.
- l'enrobage contient, exprimé en % en poids dans (enrobage, de 4 à 18% de 2 5 carbonates en poudre, en particulier du CaCOs, de préférence de 8 à 13% de carbonates.
L'invention porte aussi sur un procédé de soudage à l'arc de l'acier inoxydable, dans lequel on utilise une électrode selon l'invention pour réaliser au moins un joint de soudure sur une ou plusieurs pièces à souder, ainsi que sur l'enrobage d'une telle électrode. L'opération de soudage à l'arc à l'électrode enrobée démarre lorsque l'opérateur initie l'arc de soudage 3 0 en heurtant / frottant l'extrémité de son électrode sur la pièce, lesquelles électrode et pièces font partie intégrante de l'installation électrique, au même titre que le générateur de soudage, ceux-ci étant reliés les uns aux autres par l'ensemble des câbles de l'installation et la prise de masse. La chaleur intense ainsi produite provoque la fusion de l'extrémité de l'électrode et du métal de base à l'endroit de l'impact de l'arc ; le transfert de métal s'opère alors au travers de l'arc jusqu'à la pièce. Le métal est ainsi déposé sur la pièce au fur et à
mesure que l'électrode se consume par fusion. L'opérateur doit alors veiller au maintien de l'arc en maintenant l'extrémité de l'électrode à une certaine hauteur de la pièce et en la déplaçant à une vitesse régulière le long de la pièce. Tandis que la soudure est déposée, une quantité
de chaleur suffisante est maintenue pour fondre l'extrémité de l'électrode et la zone sous-jacente à l'arc sur la pièce à souder.
D'une manière générale, une électrode enrobée pour soudage à l'arc est une baguette conductrice du courant électrique appelée âme entourée d'un revêtement adhérent communément appelé enrobage, à l'extrémité de laquelle jaillit l'arc de soudage. L'énergie de l'arc est ainsi utilisée comme moyen de chauffage des pièces à assembler.
L'invention porte, en outre, sur un enrobage pour électrode, caractérisé en ce qu'il comprend, le pourcentage (%) en poids de chaque composé étant exprimé par rapport au poids total d'enrobage de l'électrode - de 5 à 45% en poids d'au moins un alumino-silicate à base de lithium ou de 0.2 à
3.0% de lithium issu de l'ensemble des éléments servant à la constitution de l'enrobage sous 2 o forme poudres et liants, c'est-à-dire issu d'au moins un ou plusieurs composés de lithium sous forme de poudre et de silicate de lithium, - au moins un agent de filage exempt de Na ou/et K, - du silicate de lithium en tant que liant, - environ 10 à 55% en poids d'un ou plusieurs éléments métalliques sous forme de 2 5 ferro-alliages ou d'éléments seuls, et - une proportion totale dans l'enrobage de Na et K comprise entre 0 et 0.50°!° en poids.
Lors de la mise au point de l'électrode enrobée, Pâme métallique est généralement choisie, dans la mesure des possibilités, de telle sorte que sa composition chimique 3 o corresponde à la nuance du métal de base à souder. Elle peut toutefois être aussi en acier doux, c'est-à-dire pratiquement sans élément d'alliage à l'exception d'une faible teneur en manganèse, les éléments d'alliages indispensables pour obtenir un dépôt de la nuance désirée étant alors apportés par l'enrobage ; on est alors en présence d'une électrode dite "synthétique". Quoi qu'il en soit, la teneur en éléments d'alliage de l'enrobage n'est jamais 5 nulle car elfe permet d'améliorer les caractéristiques mécaniques de la soudure et de compenser les pertes dues à la volatilisation des éléments métalliques au cours de la fusion de l'électrode lorsque une âme alliée dont l'analyse est proche de celle du métal à déposer est utilisée, ou d'apporter les éléments d'alliage nécessaires pour synthétiser ta composition du métal à déposer lorsque l'on utilise une âme en acier doux.
1 o L'enrobage a une influence capitale sur les caractéristiques de soudage et les propriétés résultantes du métal déposé. Ses rôles majeurs sont à la fois électrique, mécanique, et métallurgique.
Les principales fonctions que doivent assurer les ingrédients entrant dans la composition de l'enrobage sont multiples. La plupart des constituants peuvent avoir plus d'une fonction et la combinaison de plusieurs constituants selon des teneurs précises peut permettre la réalisation d'une fonction particulière.
Les différents constituants d'enrobage peuvent ainsi être classifiés selon différentes familles, à savoir les constituants sous forme de poudres et les constituants sous forme liquide .
2 o Les constituants sous forme de poudres sont notamment - les agents de protection du métal déposé, c'est-à-dire les formeurs de gaz protecteurs et les constituants de laitier. Les formeurs de gaz protecteurs sont des poudres minérales dont la décomposition permet un dégagement gazeux (C02, C0, HF, Hz, Hz0 sous forme vapeur, ...) et la protection contre l'air ambiant du métal en transit dans l'arc de 2 5 soudage. Les constituants de laitier, quant à eux, sont des poudres minérales dont la transformation assure la formation du laitier qui enveloppe les gouttes de métal en transit dans l'arc et qui, en se solidifiant sur le cordon de soudure, assure sa protection de l'atmosphère extérieure ;
- les agents désoxydants, qui sont des poudres minérales permettant la purification 3 o de la soudure par la formation puis ta décantation des oxydes et sulfures formés ;
- les initiateurs et stabilisateurs d'arc, qui sont des matières minérales et métalliques qui participent à l'initiation et au maintien stable de l'arc de soudage entre l'extrémité de l'électrode et la pièce à souder ;
- les éléments d'alliage (également désoxydants ou agents réducteurs), qui sont des matières métalliques qui permettent de palier aux pertes par volatilisation dans l'arc des éléments constituants l'âme métallique et d'enrichir le cordon en éléments métalliques ; ou de synthétiser (analyse du métal à déposer lorsque l'on formule l'électrode à
partir d'une âme en acier doux ;
- les agents régulateurs de la viscosité du laitier, qui sont des matières métalliques et 1 o minérales permettant le contrôle de l'intervalle de fusion et du temps que le laitier mettra pour se figer au cours de son refroidissement. Notamment, les éléments reconnus comme de puissants tensio-actifs peuvent s'avérer très efficaces ;
- les agents régulateurs du rendement de l'électrode c'est à dire du rapport entre la masse de métal déposé à la masse d'âme fondue, qui sont des matières métalliques permettant (ajustement du taux de dépôt de (électrode ;
- les agents d'extrusion (ou filants), qui sont des matières organiques permettant, en combinaison avec les liants et les poudres utilisées, l'obtention d'une bonne consistance de pâte et l'acquisition par celle-ci de ses propriétés rhéologiques en vue de son extrusion. Une bonne consistance de la pâte permet souvent d'obtenir une bonne résistance d'enrobage 2 o après cuisson.
Par ailleurs, les constituants sous forme liquide sont notamment les liants, qui le plus souvent sont des silicates liquides utilisés pour l'agglomération des poudres sèches constituant l'enrobage avant mise en forme de la pâte devant permettre l'extrusion.
Le mode de préparation du mélange entrant dans la composition de l'enrobage en vue de la fabrication d'une électrode enrobée s'effectue selon un mode opératoire qui se décompose de la façon suivante.
Les ingrédients sous forme sèche devant entrer dans la composition de l'enrobage sont tout d'abord pesés et mélangés afin d'obtenir un mélange homogène. Un (ou des) liants) est (sont) alors ajoutés) en vue du mouillage du mélange sec au sein d'un malaxeur.
Après que les propriétés rhéologiques de la pâte d'enrobage aient été
appréciées, celle-ci est mise en forme puis est effectuée l'extrusion concentrique de l'enrobage au moyen d'une presse à électrodes autour d'âmes métalliques préalablement coupées à la longueur requise.
La vérification du centrage de l'enrobage extrudé autour des âmes ou concentricité
des électrodes s'ensuit alors-: un bon centrage est nécessaire à la qualité du produit final. Les extrémités des électrodes doivent alors ëtre préparées par brossage de l'enrobage ;
l'extrémité d'amorçage des électrodes est quant à elle préparée le plus souvent par graphitage ou aluminisation en fonction de la nature du produit.
Finalement, après un pré-séchage en atmosphère ambiante, les électrodes sont cuites en four. Cette cuisson peut s'opérer, par paliers ou non, jusqu'à une température de l'ordre de 350-500° C.
La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce aux explications 2 0 détaillées suivantes et aux figures annexées.
Faible émission de fumées et faible teneur en Crv~
Afin de diminuer considérablement les teneurs en composés porteurs de I
'élément Crv~ dans les fumées, les moyens de formulation mis en oeuvre consistent à
adopter la solution classique visant à supprimer dans les formulations, tous les ingrédients contenant les 2 5 éléments alcalins Na et K et à leur substituer des ingrédients 'équivalents' à base de lithium (Li).
Ainsi, on remplace les composés à base de Na et K (KAISisOe, NaAISisOe) habituellement présents par des composés équivalents ou proches à base de Li, tels que le spodumène (LiAI(Si20s)), la pétalite (LiAISiaO,o) ou feucryptite (LiAISiOa) par exemple.
Ces composés utilisés comme constituants d'enrobage ont comme principales fonctions de contrôler la viscosité du laitier liquide, de participer à la formation du laitier et donc à la protection du métal déposé, et de participer à la stabilisation de l'arc en cours de soudage.
Le Tableau 1 suivant illustre, pour 2 électrodes (A et B) de type 316L, avec âme centrale de diamètre égal à 2.5 mm en acier inoxydable de type 304L, formulées sur une même base de formulation et à partir d'un même silicate de lithium introduit sous forme liquide en quantité fixe au mouillage, l'influence du choix du type de feldspath sur la quantité
de chrome hexavalent dans les fumées de soudage générées avec ces électrodes.
L'électrode de formule A est formulée à partir d'un ensemble de poudres sèches selon fart antérieur, alors que (électrode de formule B est constituée de poudres sèches selon l'invention, toutes deux fabriquées au moyen d'un silicate de lithium selon l'invention.
Tableau 1 Formule A B
(selon art antrieur)(selon invention) Elments mtalliques Matires premiresdivers 20.1%
(poudres + Oxydes, liant) carbonates, entrant dans fluorures 50.8%
la et autres filants composition de (enrobage Feldspath de Spodumne Na et K :
Type (=compos de d'alumino-silicate Li) :
(% en poids 24.9% 24.9%
dans l'enrobage) SilicateSi02 3.62%
de Li (partieLi20 0.52%
sche) Na20 0.06%
Total : 100%
Cr~~ rsultant 2.7 % 0.6 dans les fumes Taux d'mission 0.13 g/min 0.08 g/min de fumes Comme on le voit dans le Tableau 1, la Formule B selon l'invention, formulée à
partir de spodumène en substitution de feldspaths de Na et K utilisés dans la Formule A, engendre une concentration en Cr~~ dans les fumées de 0.6% au lieu de 2.7%, c'est-à-dire environ 4 fois inférieure.
De même, le taux d'émission de fumées de la Formule B selon l'invention est fortement abaissé par rapport à celui de la Formule A.
Par ailleurs, dans le cadre de la présente invention, il a également été
nécessaire de se préoccuper des agents d'extrusion ou filants (agents de filage) qui sont utilisés pour la formulation des électrodes enrobées. En général, ce sont des matières organiques 1 o permettant, en combinaison avec les liants et les poudres utilisées, l'obtention d'une bonne consistance de pâte et l'acquisition par celle-ci de ses propriétés rhéologiques en vue de son extrusion autour de l'âme métallique de l'électrode.
De plus, une bonne consistance de la pâte permet d'obtenir une bonne résistance d'enrobage après cuisson. Par ailleurs, le choix des filants doit s'avérer judicieux puisque le séchage des électrodes conduit à leur décomposition en cendres au sein de l'enrobage dont le caractère hygroscopique est néfaste pour les électrodes.
Tout en prenant en compte cela, dans le cadre de la présente invention, il a été opéré
une substitution de certains agents de filage constituant des enrobages d'électrodes classiques, qui contiennent traditionnellement des éléments Na ou K, par d'autres composés 2 0 dépourvus de ces éléments. Ainsi, on préconise, dans le cadre de la présente invention, de proscrire totalement les agents de filage fréquemment utilisés, tels que les alginates de Na ou de K, et de les remplacer par d'autres agents de filage adaptés dans le cadre de l'invention, tels que la carboxyméthylcellulose (CMC), l'hydroxyéthylcellulose ou toute autre substance organique ou résine soluble dans l'eau, (alginate de calcium, tes polymères d'origine 2 5 végétale, tels que la gomme de guar, le talc (de formule typique 3Mg0.4Si02.Hz0), ou encore l'argile (de formule typique AI20s.2Si02.2N20).
Ceci est illustré par la différence entre les électrodes C conforme à
(invention à
(exception des filants qui contiennent du Na et K selon l'art antérieur et D
en tous points conforme à l'invention. Le Tableau 2 montre l'influence du remplacement des filants à base 3 o de Na et K (électrode de formule C) par des filants dépourvus de Na et K
(électrode de formule D) sur la quantité en Cr~~ produite et te taux d'émission de fumées, et ce pour des électrodes de type fusion douce de même diamètre égal à 3.2 mm, fabriquées à
partir de silicate de Li (sur la base de 3.62% de Si02 + 0.52% de Li20 + 0.06% de Na20 sous forme sèche en poids dans l'enrobage), pour les deux nuances d'aciers inoxydables 308L et 316L.
5 Tableau 2 Cri rsultant Taux d'mission dans les de fumes fumes (%) (g/min) C D C D
filants filants exemptsfilants filants exempts Formule base de de Na et base de de Na et Na et K K Na et K K
Nuance 308L0.8 0.7 0.13 0.11 Nuance 316L0.9 0.7 0.13 0.10 Comme on peut le voir, l'électrode D selon l'invention conduit à un taux d'émission de fumées inférieur de près de 20% à celui de l'électrode C, ainsi qu'à une proportion en chrome VI également diminuée de plus de 10% par rapport à l'électrode C.
1o Par ailleurs, le Tableau 3 précise, pour les combinaisons de filants utilisées dans les formules C et D du Tableau 2, les teneurs en éléments Ca, Na et K
correspondantes.
Tableau 3 Filants de la formule Filants de la formule C D
Ca 0.018 % 0.020 Na 0.072 % 0.006 K 0.041 % 0.005 Les pourcentage (%) sont exprims en %
en poids dans le constituant considr.
Comme on peut le voir dans le Tableau 3, (électrode enrobée D conforme à
15 l'invention contient approximativement la même proportion de calcium que l'électrode C mais, par contre, contient environ 12 fois moins de Na et 8 fois moins de K.
La présence en éléments Na et K dans la combinaison de filants retenue pour la formule D provient de traces résiduelles de ces éléments. Malgré les précautions prises, la formule D n'est donc pas totalement exempte des éléments Na et K qui s'y retrouvent sous 2 0 forme d'impuretés inévitables mais non volontairement souhaitées.
En outre, pour réaliser des formulations des électrodes inoxydables écologiques conformes à l'invention, il est aussi indispensable de remplacer les liants à
base de Na etlou K habituellement utilisés par du liant au Li pur.
Les liants sont généralement des silicates aqueux utilisés sous forme liquide pour l'agglomération des poudres sèches constituant l'enrobage avant mise en forme de la pâte devant permettre l'extrusion. La quantité de silicates utilisée doit être telle qu'un film fin soit établi entre les particules de poudres, le au les silicates agissant comme un agent de pontage entre les poudres.
L'essentiel de Peau contenue dans ces silicates est évacuée de l'enrobage, lors du i 0 cycle de cuisson final des électrodes, pour ne laisser alors dans I
'enrobage que la partie sèche des silicates introduits, c'est-à-dire la partie alcaline composée des éléments Na20, K20 et Li20.
La quantité optimale de fiant à utiliser dépend principalement de sa viscosité, du couplage liant/filants retenu, ainsi que de la répartition granulométrique des poudres utilisées dans la formule.
Une des contraintes imposée pour ia fabrication des électrodes inoxydables écologiques selon l'invention est d'utiliser du silicate de lithium, en remplacement des silicates de Na et/ou K traditionnels.
D'autre part, afin que la teneur en Cr~~ dans les fumées reste en deçà de l'objectif de 2 0 1% fixé, la quantité de silicate de lithium ne doit pas excéder une certaine quantité maximale puisqu'au delà de cette quantité maximale admissible, I 'élément Crv~
redevient le facteur limitant dans les fumées de soudage.
La Figure 1 montre l'existence d'une telle quantité maximale de silicate de lithium (Qr,~.) à ne pas excéder, pour les différentes bases de formules inoxydables étudiées à
2 5 l'origine du développement des électrodes inoxydables écologiques, alors que le Tableau 4 ci-après donne les compositions des enrobages des formules références n°1 à 3 de la Figure 1. Plus précisément, les courbes de la Figure 1 ont été établies en effectuant les substitutions de formulation des 3 exemples décrits ci-avant, tout en faisant varier la quantité de silicate de Li utilisé. Pour la formule référence n°3, la plus prometteuse en termes de réduction des 3 o fumées émises et performance opératoire (fusion douce, détachement de laitier, aspect de cordon) à l'origine du développement, QmeX. a été définie dans la plage allant de 170 à 200 ml de liant au Li sous forme liquide par kg de mélange sec, c'est-à-dire sous forme sèche, dans la plage de 3.4 à 4 % en poids dans l'enrobage pour Si02, de 0.4 à 0.6% pour LizO et de 0.05 à 0.06% pour Na20.
Tableau 4 Formule rfrenceFormule rfrenceFormule rfrence n1 n2 n3 Diamtre me mtallique 3.2 3.2 3.2 de nuance 304L (en mm) Diamtre enrobage (en 5.65 5.30 5.60 mm) Matires premires (poudres hors liants) entrant dans la composition de l'enrobage (~ en poids dans le mlange sec) Total matires mtalliques22.3 27.0 22.6 (dont total Cr) (10.5) (12.0) (9.5) Total filants 0.8 1.8 2.2 TiOz 34.9 29.0 31.0 CaC03 -10.4 -8.8 6.6 CaF2 3.9 3.2 2.8 (K20)x.(Na20)y.(AI203)Z.(Si02)k23.4 29.8 27.9 (type Feldspath ou Mica) (AI,Mg,Ca,Na).Si40,o.(OH)4.1 0 0 (type argile, bentonite) Fe203 0 0 1.7 Carbonates et fluorures0 0 4.7 divers Sulfates et oxydes 0.3 0.4 0.4 divers Total 100% 100% 100%
Liants (quantit introduite sous forme liquide en g / kg mlange sec) Liants "traditionnels"
base de Na I K correspondants Si02 52 63 48 NazO 2.5 12 5 Kz0 22.5 19 17 Liants "cologiques"
de substitution base de Li correspondants selon l'invention (Li20)x.(Si02)y.(H20)z120-220 Soit Si02 25-46 Li20 3.5-6.5 NazO 0.3-0.6 Hz0 80-180 Le Tableau 5 illustre, pour 2 électrodes de nuance 316L de diamètre égal à 2.5 mm formulées sur une même base de formulation et à partir de spodumène, l'influence du choix du type de silicate, c'est-à-dire de liant, sur la quantité de Crv~ dans les fumées de soudage et le taux d 'émission de fumées.
Tableau 5 Formule E F
Matires premiresElments (poudres hors mtalliques 21%
liants) divers entrant dans Oxydes, carbonates, la composition fluorures et 53%
de autres l'enrobage filants (% en poids dans le mlange sec Type d'alumino-Spodumne = compos base de Li : 26%
silicate Silicate (sous forme liquide) - quantit 180 g /kg 180 g/kg - type silicate de silicate de Li NaIK
Crv~ rsultant 0.6 % 3 dans les fumes Taux d'mission 0.08 g/min 0.14 g/min de fumes ' CA 02498246 2005-02-21 La Formule E conforme à l'invention, formulée à partir de silicate de Li en substitution de silicates de Na/K dans la Formule F selon l'art antérieur, donne lieu à une concentration en Crv~ dans les fumées de 0.6% au lieu de 3.0%., soit une réduction de 80%.
De méme, le taux d'émission de fumées de la Formule E est fortement abaissé de près de 50% par rapport à celui de la Formule F.
Solidité d'enrobage des électrodes enrobées La viscosité des silicates de lithium utilisés dans le cadre de l'invention est généralement très faible, c'est-à-dire typiquement de 15 à 50 centipoises (cpo) à température ambiante (20°C), donc bien inférieure à celles des silicates de Na et/ou K traditionnels dont la gamme de viscosité va typiquement de 150 à 600 cpo. La densité du silicate de lithium entrant dans le cadre de l'invention se situe autour de 1.2.
En conséquence, du fait de la forte fluidité et des propriétés rhéologiques très spécifiques du silicate de lithium préconisé dans le cadre de l'invention, des difficultés importantes interviennent à différentes étapes du processus de fabrication des électrodes inoxydables écologiques, notamment - la faible viscosité du silicate de Li entraîne un manque de pouvoir collant de celui-ci et, par conséquent, conduit à des difficultés, d'une part, pour obtenir une bonne plasticité de la pâte servant à sa préparation, pendant les étapes de malaxagelmouillage et, d'autre part, de compactage et d'extrusion de la pâte et à sa mise en forme autour de Pâme métallique de 2 0 l'électrode.
- la nature du silicate de Li engendre un phénomène de fragilisation de l'enrobage qui intervient lors du cycle de cuisson final des électrodes.
De là, sans précaution de formulation, les électrodes ainsi obtenues présentent des enrobages très fragiles et ne peuvent ainsi prétendre à être suffisamment résistantes au plan 2 5 mécanique (chocs, chutes, frottements, pliage...) durant leur emballage, leur transport, et leur utilisation subséquente en environnement industriel.
Afin de pallier aux difficultés énoncées ci-dessus, il est nécessaire de non seulement judicieusement choisir les agents de filage (ex. CMC, gomme de guar, alginates), en particulier leur nature, quantité et combinaison, compatibles avec les exigences nécessaires à
la formulation d'électrodes écologiques selon l'invention, mais aussi de contrôler la répartition granulométrique du mélange sec.
En respectant ces règles de formulation et en utilisant exclusivement le silicate de lithium comme liant, il est possible de fabriquer industriellement dans de bonnes conditions, 5 des électrodes inoxydables écologiques de type fusion douce, à (enrobage solide après leur cuisson.
Afin d'estimer quantitativement la solidité d'enrobage des électrodes fabriquées en cours du développement, un test de chute a été pratiqué.
Ce test consiste à faire chuter successivement 10 électrodes issues d'une même 10 fabrication, d'une hauteur de 1 m sur une surface horizontale dure, par exemple un sol bétonné et d'exprimer la solidité de leurs enrobages en fraction en masse d'enrobage perdue après 1 chute, puis après 2 chutes.
Le résultat exprimé pour chaque série correspond à la moyenne calculée pour les 10 électrodes de la série considérée.
15 La Figure 2 illustre ainsi une série de résultats obtenus à partir d'un certain nombre de tests de chute d'électrodes (diamètres de 2.5 mm et 3.2 mm) issues de diverses fabrications, pour lesquelles des variations ont été apportées aux paramètres de formulation énumérés ci-avant.
Ces résultats montrent que les paramètres décrits influencent considérablement la 2 0 résistance d'enrobage des électrodes correspondantes.
D'autre part, une bonne maîtrise du silicate de lithium utilisé, ainsi que des paramètres de fdrmulation/fabrication, ont permis d'atteindre des niveaux de solidité
d'enrobage équivalents à ceux d'électrodes inoxydables standard non écologiques, c'est-à-dire environ moins de 7% d'enrobage perdu après une chute pour des électrodes dont le 2 5 diamètre de l'âme est inférieur ou égal à 3.2mm, et environ moins de 15%
pour des électrodes dont le diamètre de l'âme est supérieur à 3.2mm. II est également important de noter qu'en cours de soudage, aucun signe excessif ou anormal de fragilisation de l'enrobage ne se fait sentir sous l'effet de la chaleur de l'arc qui se propage le long de l'électrode. Ainsi, la fusion de l'enrobage en cours de soudage est conforme aux exigences requises pour de 3 0 telles électrodes du type fusion douce.
Un autre test visant à juger de la résistance d'enrobage desdites électrodes et consistant à les plier autour d'une bouteille de gaz comprimé ayant un diamètre de 230 mm, a permis de confirmer la bonne solidité d'enrobage des électrodes écologiques formulées à
partir de silicate de lithium selon la présente invention.
Par ailleurs, une autre série d'essais a consisté à fabriquer un certain nombre d'électrodes prototypes de type 316L en faisant varier la répartition granulométrique du mélange sec, tout en jouant sur le type de poudres de rutile (Ti02) et de calcite (CaCOs) utilisées, poudres non-métalliques majoritaires dans la constitution de l'enrobage des électrodes écologiques fusion douce.
1 o Des essais croisés ont été réalisés par l'utilisation des feldspath et silicate à base de Na/K utilisés pour 1a fabrication des électrodes inoxydables traditionnelles, et du spodumène et silicate de Li exempts de Na/K, ces derniers étant nécessaires à la fabrication des électrodes inoxydables écologiques de l'invention.
Pour ces essais, des filants exempts de Na/K ont été utilisés.
La répartition granulométrique de ces poudres est présentée dans le Tableau 6.
Tableau 6 Poudre de constitution de (enrobage et rpartition granulomtrique correspondante Tamis (fraction en poids % dans les diverses poudres) (Nm) Rutile'fin'Rutile'gros'Galcite'fine'CalciteFelsdpathdeSpodumneEnsemble 'grosse'NaIK poudres mtalliques +
autres oxides, carbonates et fluorures < ou 99 0 95 1 55 67 5 =
(fractions en poids °1° retenues sur tamis, obtenue par tamisage de la poudre considérée par ordre de tamis décroissants en taille) Les données consignées dans les Tableaux 7a et 7b montrent l'importance de considérer une bonne répartition du mélange sec pour l'obtention d'électrodes à l'enrobage solide en proposant chacun une matrice d'essais pour la mise en évidence de l'influence de la nature des poudres d'enrobage et silicate utilisés sur la solidité
d'enrobage des électrodes et leur caractère écologique.
Tableau 7a N formule 1 2 3 4 5 6 7 8 Matires premires (poudres hors liants) entrant dans la composition de l'enrobage (% en poids dans le mlange sec) Ensemble poudres mtalliques25 25 25 25 25 25 25 25 (Ni, Cr, Mo...) + autres oxydes, carbonates et fluorures Feldspath de Na / K 26 26 26 26 0 0 0 0 Spodumne 0 0 0 0 26 26 26 26 Rutile "fin" 37 37 0 0 37 37 0 0 Rutile "gros" 0 0 37 37 0 0 37 37 Calcite "grosse" 9 0 9 0 9 0 9 0 Calcite "fine" 0 9 0 9 0 9 0 9 Silicate de Na/K (g sous forme liquide 180 I
kg de mlange sec) Silicate de Li (g sous forme liquide / kg 0 de mlange sec) Caractéristiques résultantes des électrodes Solidit d'enrobage 5.6 8.7 9.9 8.0 2.3 1.2 7.9 7.1 (1) Conforme / Non conformeoui x x x oui oui x x (2) Caractre cologique x x x x x x x x (3) (1 ) : perte en poids au test de chute en % conformément au test décrit pour les résultats de la Figure 2.
(2) : pour évaluer la solidité des enrobages des électrodes, « x » signifie que l'enrobage est trop friable pour permettre l'emballage, le transport et l'utilisation de l'électrode en conditions industrielles ; « oui » signifie que la solidité d'enrobage des électrodes fabriquées est conforme et permet leur emballage, transport et utilisation dans de bonnes conditions.
(3) : « x » signifie non conforme et « oui » signifie conforme.
Tableau 7b N formule 9 10 11 12 13 14 15 16 Matires premires (poudres hors liants) entrant dans la composition de l'enrobage (% en poids dans le mlange sec) Ensemble poudres mtalliques25 25 25 25 25 25 25 25 (Ni, Cr, Mo...) + autres oxides, carbonates et fluorures Feldspath de Na / K 26 26 26 26 0 0 0 0 Spodumne 0 0 0 0 26 26 26 26 Rutile "fin" 37 37 0 0 37 37 0 0 Rutile "gros" 0 0 37 37 0 0 37 37 Calcfte "grosse" 9 0 9 0 9 0 9 0 Calcite "fine" 0 9 0 9 0 9 0 9 Silicate de Na/K (g sous forme liquide 0 kg de mlange sec) Silicate de Li (g sous forme liquide / kg 180 de mlange sec) Caractéristiques résultantes des électrodes Solidit d'enrobage 11.4 13.3 12.412.7 7.4 8.2 5.6 4.4 (1) Conforme / Non conformex x x x x x oui oui (2) Caractre cologique x x x x oui oui oui oui (3) % t (1 conformment pour ) au les : test verte dcri en poids au test de chute en résultats de la Figure 2..
(2~ : pour évaluer la solidité des enrobages des électrodes, « x » signifie que l'enrobage est trop friable pour permettre l'emballage, le transport et l'utilisation de l'électrode en conditions industrielles ; « oui » signifie que la solidité d'enrobage des électrodes fabriquées est conforme et permet leur emballage, transport et utilisation dans de bonnes conditions.
(3J : « x » signifie non conforme et « oui » signifie conforme.
II apparaît au vu de ces Tableaux 7a et 7b que l'utilisation simultanée/conjointe des ingrédients dits "écologiques", à savoir silicate de Li, spodumène, et filants exempts de Na/K
rend la tâche encore plus délicate si l'on veut fabriquer des électrodes inoxydables 1 o écologiques à l'enrobage résistant.
La formulation de produits inoxydables de type fusion douce à basses émissions de fumées exige de recourir à un certain nombre de poudres de nature spécifique, selon des teneurs précises.
L'obtention d'électrodes inoxydables de type fusion douce écologiques solides est alors conditionnée par l'utilisation d'une répartition granulométrique non limitée aux faibles tamis uniquement, lorsqu'on utilise exclusivement les ingrédients à base de Li.
Ceci peut être obtenu par l'utilisation d'une poudre de rutile, composé en quantité
majoritaire dans le flux d'enrobage, dont la répartition granulométrique se situe majoritairement au delà de 100 Nm.
2 o D'une manière générale, ceci est obtenu par l'utilisation conjointe d'une part importante du mélange dont la granulométrie moyenne est supérieure ou égale à
100 Nm, avec une part secondaire de poudres fines, c'est-à-dire < 40Nm.
Performances opératoires des électrodes enrobées, en particulier fusion douce et détachement de laitier 2 5 La fusion traduit la manière dont fond l'électrode au cours du soudage.
Elle caractérise le transfert des gouttes de métal et de l'enrobage fondu qui prend place entre l'électrode qui se consume et le bain de fusion sur la pièce à souder.
Une fusion qui s'effectue avec un transfert de gouttes majoritairement fines est qualifiée de fusion douce. Elle se caractérise dans ce cas par un souffle régulier, de faible intensité sonore, auquel se superpose un léger crépitement, et elle est signe d'un confort d'utilisation évident pour le soudeur.
Une fusion douce s'accompagne d'une très faible quantité de projections en cours de soudage. Celles ci sont très fines lorsqu'elles existent,. Les projections représentent les 5 quantités de métal qui sont éjectées hors de l'arc en cours de soudage ou qui résultent de l'éclaboussement des gouttes de métal liquide dans le bain de fusion.
En soudage à plat, la suite de laitier est la ligne définissant la limite entre le bain de fusion, c'est-à-dire le métal liquide, à la pointe de l'électrode et le laitier liquide surnageant en surface.
10 Puisqu'elle définit la taille du bain de fusion, la forme et la stabilité
de la suite de laitier conditionne la forme et la régularité du cordon sous-jacent et, en particulier, la finesse et la régularité des stries à la surface du cordon après solidification.
Pour une électrode de type "fusion douce", la suite de laitier est généralement très proche de la pointe de l'électrode derrière la base de l'arc.
15 La formulation d'une électrode de type fusion douce doit donc être telle que la suite de laitier apparaisse calme et stable car sinon, elle peut constituer une gène pour le soudeur et peut engendrer des défauts d'aspect de cordon (stries irrégulièrement espacées, plus ou moins marquées...), voire des inclusions de laitier dans le dépôt.
D'une manière générale, la formulation d'une électrode fusion douce doit permettre 2 0 l'obtention d'une fusion et d'une suite de laitier stables.
Outre l'aspect opératoire en cours de soudage, une électrode inoxydable de type fusion douce se caractérise par - en soudage en angle à plat, un aspect de cordon généralement plat, voire concave, - des stries fines et régulièrement espacées les unes des autres, 2 5 - un cordon stable et régulier, - bien évidemment, un cordon exempts de défauts, tels que caniveaux, adhérences de laitier, fissures ou piqûres, - un détachement de laitier aisé, voire auto-détachable sur toute sa longueur ou sur certaines parties.
Dans les formules de type rutile à fusion douce, des éléments tensio-actifs, tels que Sb, Bi, Se, Te, S doivent être judicieusement contrôlés dans les enrobages pour obtenir un bon détachement de laitier sans que les performances opératoires et/ou la résistance de l'enrobage du produit ne soient affectées.
Les Tableaux 8a et 8b montrent que (obtention d'une électrode inoxydable écologique conforme à l'invention, de type à fusion douce et à enrobage solide, est conditionnée par l'utilisation d'un certain nombre de matières premières dont les proportions doivent être judicieusement contrôlées.
Plus précisément, dans les Tableaux 8a et 8b sont consignées des matrices d'essais lo de mise en évidence de l'influence de la nature des poudres d'enrobage utilisées sur les performances opératoires des électrodes et la solidité de leur enrobage.
Tableau 8a N formule 1 2 3 4 5 6 7 8 Rutile 35.435.4 35.4 35.4 35.4 35.4 35.4 35.4 Matires premiresDivers carbonates9.6 9.6 9.6 9.6 1.9 1.9 1.9 1.9 (poudres S issu de 0.7 0.7 0 0 0.7 0.7 0 0 + liants) sulfates entrant dansdivers la composition Quantit totale0.4 0 0.4 0 0.4 0 0.4 0 de en (enrobage Sb, Bi, Se (% en et Te poids dans Silicate 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 l'enrobage) de Li (partie sche, c--d SiQ2 +
Li20 + traces dont NazO) Caractristiques rsultantes des lectrodes Fusion douce oui oui oui oui oui oui oui oui avec peu projections Fusion I x oui oui oui x x x x suite stables Dtachement oui oui oui x oui oui oui x laitier Aspect de x oui oui oui x x x x cordon Solidit d'enrobage x x oui oui x x oui oui x » signifie non conforme et « oui » signifie conforme Tableau 8b N formule 9 10 11 12 13 14 15 16 Rutile 14,3 14.3 14.3 14,3 14,3 14.3 14.314.3 Matires premiresDivers carbonates9.6 9.6 9.6 9.6 1.9 1.9 1.9 1.9 (poudres + S issu de 0.7 0.7 0 0 0.7 0.7 0 0 liants) sulfates entrant dans divers la composition Quantit 0,4 0 0.4 0 0.4 0 0.4 0 de totale l'enrobage en (% en Sb, Bi, Se et Te poids dans Silicate 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 l'enrobage) de Li (partie sche, c--d Si02 +
Li20 + traces dont NazO) Caractristiques rsultantes des lectrodes Fusion douce x x x x x x x x avec peu projections Fusion I suite x oui oui oui x x x x stables Dtachement oui oui oui x oui oui oui x laitier Aspect de x x x oui x x x oui cordon Solidit d'enrobage x x oui oui x x oui oui x » signifie non conforme et « oui » signifie conforme Caractéristigues du produit final Le Tableau 9 ci-après résume l'ensemble des principes fondamentaux de formulation/fabrication des électrodes inoxydables écologiques selon l'invention qu'il est nécessaire de respecter pour l'optimisation de leurs principales propriétés, à
savoir une émissions de fumées réduites, une faible teneur en chrome hexavalent, inférieure à 1% dans les fumées, une fabrication possible, un enrobage solide, une bonne soudabilité opératoire, (c'est-à-dire fusion douce, arc stable, peu ou pas de projections), et un cordon de soudage de bel aspect, sain, propre, uniforme, brillant, et finement strié, avec bon mouillage, comme montré sur les photos des Figures 3 et 4, et un bon détachement de laitier, comme montré en Figure 3.
Tableau 9 Conditions ncessairesPrincipales lors de proprits des lectrodes la formulation de l'lectrode afin d'obtenir Taux NiveauFabricationBonne Bonne Elimination de bonnes de proprits de celle-cid'missionCr~~ possible rsistanceperformanceet nettoyage faiblede de de fumesdans l'lectrodel'enrobageopratoire du laitier les de (*) faible fumes l'lectrode faciles Utilisation de X X
silicate de lithium Utilisation d'uneX X
quantit maximale admissible de silicate de lithium Utilisation d'agentsX X X X
d'extrusion particuliers Utilisation de X X
combinaisons choisies d'agents d'extrusion particuliers Distribution X X X X
granulomtrique des poudres Absence de sodiumX X
et de potassium par substitution de poudres (feldspath) par poudres similaires base de Li (spodumne, ptalite...) Usage d'lments X X X X
tensio-actifs appropris et combinaison (*) : c'est-a-dire tusion douce, arc stable, peu ou pas de projections, et cordon de soudage de bel aspect, sain, propre, uniforme, brillant, et finement strié, avec bon mouillage.
Le Tableau 10 suivant montre, quant à lui, le caractère unique des électrodes inoxydables écologiques de l'invention fabriquées au moyen de silicate de lithium-et poudres de substitution à base de Li par rapport aux électrodes inoxydables «
traditionnelles » non écologiques formulées à partir de silicates de Na et/ou K et autres ingrédients contenant les éléments Na et K.
Les électrodes inoxydables écologiques de l'invention permettent de réduire de 25%
à 98% les émissions de fumées par rapport aux électrodes inoxydables standard et conduisent à une teneur en Cr~~ (exprimée en % dans les fumées) de 4 à 5 fois inférieure à
celles des électrodes standard.
Seules les électrodes écologiques de l'invention engendrent une faible teneur en chrome hexavalent, qui est de surcroît inférieure à 1 %, ce qui implique que le Cr~~ n'est plus le facteur déterminant de la toxicité des fumées et dès lors la quantité en Cr~~ émis (exprimée en g/min) est de 5 à 9 fois inférieure à celles des électrodes inoxydables standard.
Tableau 10 Taux d'missionTeneur en Cr~~Taux d'mission de dans de fumes (g/min) les fumes de Cr~~ dans les soudage (%) fumes de soudage (glmin) Electrodes traditionnelles non cologiques formules0.15 0.19 2.2 3.2 0.30 0.60 partir de Na et K
Electrodes cologiques formules0.10 0.11 0.5 0.6 0.05 0.07 partir de Li 1 o Les valeurs indiquées ci-dessus correspondent à des électrodes formulées sur âme de diamètre de 3.2 mm, nuance 316L.
La comparaison des analyses des fumées émises par ces différentes électrodes illustre leur différence de formulation (voir Tableau 11 ).
Tableau 11 Analyse des fumes (% en poids par rapport au poids total des fumes collectes) K Na Li Electrodes 24 38 % 1 7 % 0.1 0.4%
"traditionnelles"
non cologiques formules partir de Na et K
Electrodes cologiques1 1.5 % 1 1.5 % 4 6 formules partir de Li Les valeurs indiquées ci-dessus correspondent à des électrodes de nuance 316L, diamètres de 2.5 et 3.2 mm. 6 - to be able to obtain a level of weldability according to the requirements required for this type of electrodes, in particular with regard to their characteristics arc, cord appearance and detachment of slag.
In other words, the problem is to propose a range of formulations of green coated electrodes, with a solid coating, of the rutile type with soft fusion, for welding stainless steels, leading to a deposited metal (after merger) whose chemical composition complies with the standards for different shading of stainless steels, in particular EN 1600 and AWS A5.4.
The solution of the invention is a coated electrode formed of a central core 1 o metal at least partially covered with a solid coating forming a coating on said core, said coating containing at least one lithium compound, preference in general a feldspar, and being free of sodium and potassium feldspar, characterized in that the coating comprises (the% by weight of each compound considered being Express relative to the total coating weight of the electrode) from 5 to 45% by weight of at least one alumino-silicate based on lithium or 0.2 to 3 lithium from at least one lithium-based alumino-silicate, at least one spinning agent free of Na and / or K, lithium silicate as binder, approximately 10 to 55% by weight of one or more metallic elements in the form of of 2 Ferroalloys or single elements, a total proportion in the Na and K coating of between 0 and 0.50%
in weight.
In the context of the invention, by "free" of a given compound, it is meant that said compound was not intentionally included in the coating and ideally said coating 2 5 does not contain any at all. However, the possible presence of this compound at the trace level as unavoidable impurities can not be excluded although not desired.
Electrodes whose coating would therefore contain such traces of compound would be considered as being included in the scope of protection conferred for this invention.
Depending on the case, the electrode of the invention may comprise one or more of the 3 0 following technical characteristics î
the total proportion in the coating of Na and K is less than 0.50%.
- The central metal core is stainless steel or mild steel.
the diameter of the core is between 1.6 and 6 mm, preferably included between 2 and 4 mm.
the lithium compound (or compounds) is chosen from aluminosilicates based on from Li.
This one (or these) typically has a general chemical formula of the type Li, Al, (SiXOY).
at least one lithium feldspar is chosen from spodumene and petalite and eucryptite. Preferably, the coating constituents based on lithium, such as spodumene LiAI (SiOs) 2, LiAISia0lo petalite and LiAISiOa eucryptite, are present in the coating in a proportion of 5 to 45% by weight, preferably 12 to 40% by weight.
weight in coating.
the binder containing lithium is lithium silicate, of typical formula (Li 2 O) X. (SiO 2) y. (H 2 O) During the preparation of the coating, the silicate of lithium is introduced in liquid form in a proportion greater than 105 g / kg of dry formula, of preferably 120 to 2208 by weight of raw materials (dry powders only), preferably from 150 to 200 g, that is, by weight of the following elements expressed compared the total coating weight of the electrode, more than 10% of Si and more than 1.3% of Li, of preferably from 11 to 21% Si and from 1.5 to 2.9% Li, more preferably 14 at 19% of Si and from 1.9 to 2.6% of Li.
At least one spinning agent is selected from the group consisting of carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose or any other substance organic or water-soluble resin, (calcium alginate, the original polymers plant, such as guar gum, talc (typical formula 3Mg0.4Si02.H20), or even clay (of formula typical AI20s.2Si0z.2H20).
The coating comprises about 10 to 55% (if steel core) by weight of (coating one or more metallic elements in the form of ferroalloys or of elements alone, the the content of this or these metallic elements being balanced in the coating in function of type of core used and the grade to be welded (308L, 309L, 316L, 347L ...
denomination of the US AWS standard).
oh the metallic elements are chosen from manganese, nickel, chrome, the molybdenum, iron, silicon, aluminum, niobium, titanium, tantalum, copper and their mixtures or ferroalloys comprising these elements.
it comprises from 120 to 220 g of liquid lithium silicate / kg of formula dry, either from 11 to 21% of Si and from 1.5 to 2.9% of Li in relation to the total weight embedding the electrode.
the coating contains, expressed in% by weight in the coating, compounds sowing to the constitution of the coating in the following proportions: from 0.8 to 18.5% of AI20s, preferably 2 to 16.5% of Al 2 O 3 (especially from the alumino (s)).
Li silicates, and possibly other powders contained in the formula), from 5 to 40% of Si02, of Preferably from 9 to 35% of SiO 2, (from Li silicate (s) and coating powders of which Li alumino-silicates, 15 to 45% TiO 2, preferably 20 to 40% of Ti02, 2.8 to 8.5% CaO, preferably 4 to 7.5% CaO, 0.5 to 5% CaF2, preference from 1 to 4% of CaF2, and from 4 to 18% of carbonates, in particular CaCOs, preference of 8 to 13% of carbonates.
the coating may comprise, moreover, at least one powder containing one or several elements selected from S, Se, Te, Sb and Bi.
the coating may comprise, expressed in% by weight in the coating from 0.01 to 2% in one or more of the group S, Bi, Te, Se and Sb, preferably 0.03 to 1.3%.
the coating may also contain, expressed in% by weight in the coating, other Oxides and fluorides in a proportion of 0.5 to 10%, preferably 3 to 7%.
- the particle size distribution of the dry mix (excluding binder) is at least 20%
beyond 100, um, preferably 25 to 50%, and not more than 40% below 40, um, preferably from 5 to 30%.
the coating contains, expressed in% by weight in (coating, from 4 to 18% of Powdered carbonates, in particular CaCOs, preferably from 8 to 13% of carbonates.
The invention also relates to a method of arc welding steel stainless, in which an electrode according to the invention is used to make at least one solder joint on one or more pieces to be welded, as well as on the coating of such electrode. The operation of arc welding at the coated electrode starts when the operator initiates the welding arc By striking / rubbing the end of his electrode on the part, which electrode and parts an integral part of the electrical installation, in the same way as the welding generator, these being connected to each other by all the cables of installing and taking mass. The intense heat thus produced causes the fusion of the end of the electrode and base metal at the point of impact of the arc; the transfer of metal takes place then through the bow to the room. The metal is thus deposited on the piece as and when as the electrode is consumed by fusion. The operator must then take care to maintain the arc in now end of the electrode at a certain height of the room and in the moving at a speed regular along the room. While the solder is deposited, a quantity heat sufficient is maintained to melt the end of the electrode and the area underlying the arc on the workpiece.
In general, a coated electrode for arc welding is a conducting rod of the electric current called soul surrounded by a adherent coating commonly called coating, at the end of which springs the arc of welding. The energy of the arc is thus used as a means of heating the parts to be assembled.
The invention furthermore relates to a coating for an electrode, characterized in that it comprises, the percentage (%) by weight of each compound being expressed by report to total coating weight of the electrode from 5 to 45% by weight of at least one alumino-silicate based on lithium or 0.2 to 3.0% of lithium from all the elements used for the constitution of the coating under 2 o form powders and binders, that is to say from at least one or more lithium compounds in the form of powder and lithium silicate, at least one spinning agent free of Na and / or K, lithium silicate as binder, approximately 10 to 55% by weight of one or more metallic elements in the form of of 2 5 ferroalloys or single elements, and a total proportion in the coating of Na and K between 0 and 0.50 °! ° in weight.
When focusing the coated electrode, Metallic Pale is usually chosen, to the extent possible, so that its composition chemical 3 o corresponds to the grade of the base metal to be welded. It can however also be steel soft, that is to say practically without any alloying element except for one low content manganese, the elements of alloys essential to obtain a deposit of the shade desired being then brought by the coating; we are then in the presence of a so-called electrode "synthetic". In any case, the content of alloying elements of the coating is never 5 because it improves the mechanical characteristics of the welding and compensate for the losses due to the volatilization of metallic elements at course of the merger of the electrode when an allied soul whose analysis is close to that of the metal to deposit is used, or to provide the necessary alloying elements to synthesize your composition metal to be deposited when using a mild steel core.
Coating has a major influence on the welding characteristics and the resulting properties of the deposited metal. His major roles are both electric, mechanical, and metallurgical.
The main functions that must be ensured by the ingredients entering the composition of the coating are multiple. Most constituents can have more of a function and the combination of several constituents according to accurate can allow the realization of a particular function.
The different coating constituents can thus be classified according to different families, namely the constituents in the form of powders and the constituents form liquid.
2 o The constituents in the form of powders are especially the protective agents of the deposited metal, that is to say the gas formers protectors and slag constituents. Protective gas formers are powders minerals whose decomposition allows gas evolution (CO2, CO, HF, Hz, Hz0 under vapor form, ...) and the protection against ambient air of the metal in transit in the arc of Welding. The constituents of slag, meanwhile, are powders minerals whose transformation ensures the formation of the slag that envelops the drops of metal in transit in the arc and which, solidifying on the weld bead, ensures its protection of the outside atmosphere;
deoxidizing agents, which are mineral powders purification 3 o the welding by the formation then the decantation of the oxides and sulphides trained;
arc initiators and stabilizers, which are mineral substances and metal who participate in the initiation and stable maintenance of the welding arc between the end of the electrode and the workpiece;
alloying elements (also deoxidizing or reducing agents), which are metallic materials that compensate for volatilization losses in the bow of constituent elements the metal core and enrich the cord into elements metal; or to synthesize (analysis of the metal to be deposited when the electrode is from a soul in soft steel ;
the agents that regulate the viscosity of the slag, which are Metallic and 1 o mineral allowing control of the melting range and the time that the slag will put for freeze while cooling. In particular, the recognized elements as powerful surfactants can be very effective;
the regulators of the efficiency of the electrode, that is to say the ratio enter here mass of metal deposited to the molten core, which are metal allowing (adjustment of electrode deposition rate;
extrusion agents (or extrudates), which are organic materials allowing, in combination with binders and powders used, obtaining a good consistency of pulp and the acquisition by it of its rheological properties with a view to its extrusion. A
good consistency of the dough often provides good resistance coating 2 o after cooking.
Moreover, the constituents in liquid form are in particular the binders, who the most often are liquid silicates used for agglomeration of powders dry constituting the coating before shaping the dough to allow extrusion.
The method of preparation of the mixture entering the composition of the coating into the manufacture of a coated electrode is carried out according to a operating theater breaks down as follows.
Ingredients in dry form to be included in the composition of coating are first weighed and mixed to obtain a homogeneous mixture. One (or of) binders) is (are) then added) for wetting the dry mixture within of a mixer.
After the rheological properties of the coating paste have been appreciated it is shaped then is carried out the concentric extrusion of the coating by means of an electrode press around metal cores previously cut to the length required.
Verification of the centering of the extruded coating around the cores or concentricity electrodes then follows: a good centering is necessary for the quality of the final product. The The ends of the electrodes should then be prepared by brushing the coating;
the priming end of the electrodes is in turn prepared the most often by graphite or aluminization depending on the nature of the product.
Finally, after pre-drying in an ambient atmosphere, the electrodes are cooked in the oven. This cooking can take place, in steps or not, until a temperature of the order of 350-500 ° C.
The present invention will now be better understood thanks to the explanations Following details and the accompanying figures.
Low smoke emission and low Crv content ~
In order to considerably reduce the levels of compounds carrying I
'element Crv ~ in fumes, the means of formulation implemented consist in adopt the classic solution to remove in formulations, all ingredients containing the 2 5 alkaline elements Na and K and substitute them with ingredients 'equivalents' based on lithium (Li).
Thus, the compounds based on Na and K (KaisisOe, NaAISisOe) are replaced.
usually present by Li-based or equivalent compounds, such as spodumene (LiAI (Si20s)), petalite (LiAISiaO, o) or firecryptite (LiAISiOa) for example.
These compounds used as constituents of coating have as main functions to control the viscosity of liquid slag, to participate in the slag formation and protection of the deposited metal, and to participate in the stabilization of the current arc welding.
Table 1 below illustrates, for 2 electrodes (A and B) type 316L, with soul central diameter of 2.5 mm in 304L type stainless steel, formulated on a same formulation basis and from the same lithium silicate introduced form fixed quantity at anchor, the influence of the choice of the type of feldspar on quantity of hexavalent chromium in the welding fumes generated with these electrodes.
The electrode of formula A is formulated from a set of dry powders according to the prior art, whereas (electrode of formula B consists of dry powders according to the invention, both manufactured using a lithium silicate according to the invention.
Table 1 Formula AB
(according to prior art) (according to the invention) elments mtalliques Raw materials 20.1%
(powders + oxides, binder) carbonates, entering fluorides 50.8%
the and other ropy composition of (Feldspar coating of Spodumne Na and K:
Type (= compound of of alumino-silicate Li):
(% by weight 24.9% 24.9%
in coating) SilicateSi02 3.62%
of Li (partLi20 0.52%
dry) Na20 0.06%
Total: 100%
Cr ~~rsultant 2.7% 0.6 in the smoke Mission rate 0.13 g / min 0.08 g / min of fumes As seen in Table 1, Formula B according to the invention, formulated in go of spodumene in substitution of feldspars of Na and K used in Formula Engendered a concentration of Cr ~~ in the fumes of 0.6% instead of 2.7%, i.e.
say about 4 times lower.
Similarly, the fume emission rate of Formula B according to the invention is significantly lower than that of Formula A.
Moreover, in the context of the present invention, it has also been necessary to worry about extrusion agents or spinning agents (spinners) that are used for the formulation of coated electrodes. In general, these are materials organic 1 o allowing, in combination with binders and powders used, getting a good consistency of paste and the acquisition by it of its properties rheological in view of its extrusion around the metal core of the electrode.
In addition, a good consistency of the dough makes it possible to obtain a good resistance coating after baking. Moreover, the choice of the strings must prove judicious since the drying of the electrodes leads to their decomposition into ashes within the coating of which the hygroscopic character is harmful for the electrodes.
While taking this into account, in the context of the present invention, it has been operated a substitution of certain spinning agents constituting coatings electrode classics, which traditionally contain Na or K elements, other compounds 2 without these elements. Thus, it is advocated, within the framework of present invention, completely forbid frequently used spinning agents, such as alginates of Na or of K, and replace them with other suitable spinning agents in the of the invention, such as carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose or any other other substance organic or water-soluble resin, (calcium alginate, your polymers original Vegetable, such as guar gum, talcum (of typical formula 3Mg0.4Si02.Hz0), or clay (of typical formula AI20s.2SiO2.2N2O).
This is illustrated by the difference between the C electrodes according to (invention in (exception of the strands which contain Na and K according to the prior art and D
in all respects according to the invention. Table 2 shows the influence of the replacement of ropes based 3 o Na and K (electrode of formula C) by strands devoid of Na and K
(electrode formula D) on the amount of Cr ~~ produced and the rate of fume emission, and this for soft-fusion electrodes of the same diameter equal to 3.2 mm, manufactured at from Li silicate (based on 3.62% SiO 2 + 0.52% Li 2 O + 0.06% Na 2 O
form dry in weight in the coating), for both grades of stainless steels 308L and 316L.
5 Table 2 Scream Result Mission Rate in the fumes fumes (%) (g / min) DSRC
threads, free, threadless, thread-free Base formula of Na and base of Na and Na and KK Na and KK
Nuance 308L0.8 0.7 0.13 0.11 Nuance 316L0.9 0.7 0.13 0.10 As can be seen, the electrode D according to the invention leads to a issue of less than 20% less than that of electrode C, as well as proportion in chrome VI also decreased by more than 10% with respect to the C electrode.
1o In addition, Table 3 specifies, for combinations of rope used in formulas C and D of Table 2, the contents of elements Ca, Na and K
corresponding.
Table 3 Threads of the Forms formula formula CD
Ca 0.018% 0.020 Na 0.072% 0.006 K 0.041% 0.005 The percentage (%) are exprims in %
in weight in the constituent considr.
As can be seen in Table 3, (coated electrode D according to The invention contains approximately the same proportion of calcium as the electrode C but, on the other hand, contains about 12 times less Na and 8 times less than K.
The presence in elements Na and K in the combination of strands retained for the Formula D comes from residual traces of these elements. Despite the precautions taken, the Formula D is therefore not totally free of the elements Na and K which are find under This form of impurities is unavoidable but not intentionally desired.
In addition, to achieve formulations of stainless electrodes ecological according to the invention, it is also essential to replace the binders to Na and / or base K usually used by pure Li binder.
The binders are generally aqueous silicates used in liquid form for agglomeration of dry powders constituting the coating before shaping dough to allow extrusion. The amount of silicates used must be such as a thin film is between the particles of powders, the with the silicates acting as a bypass agent between the powders.
Most of the water contained in these silicates is removed from the coating, during the i 0 final baking cycle of the electrodes, to leave then in I
'coating that part silicates introduced, that is to say the alkaline part composed of Na20 elements, K20 and Li20.
The optimum amount of flier to use depends primarily on its viscosity, from binder / wire bonding retained, as well as the particle size distribution of powders used in the formula.
One of the constraints imposed for the manufacture of stainless electrodes according to the invention is to use lithium silicate, in particular replacement of silicates traditional Na and / or K.
On the other hand, so that the content of Cr ~~ in the fumes remains below The objective of The amount of lithium silicate must not exceed one certain maximum amount since beyond this maximum admissible quantity, the element Crv ~
becomes the factor limiting in welding fumes.
Figure 1 shows the existence of such a maximum amount of silicate of lithium (Qr, ~.) Not to exceed, for the different bases of stainless formulas studied at 2 5 the origin of the development of ecological stainless electrodes, then that Table 4 hereinafter gives the compositions of the coatings of the formulas n ° 1 to 3 of Figure 1. More specifically, the curves in Figure 1 have been established by performing substitutions formulation of the 3 examples described above, while varying the amount of silicate Li used. For formula reference 3, the most promising in terms of reduction of 3 o smokes emitted and operative performance (soft fusion, detachment of slag, aspect of cord) at the origin of the development, QmeX. has been defined in the range from 170 to 200 ml Li binder in liquid form per kg dry mix, i.e.
dry form, in the range of 3.4 to 4% by weight in the coating for SiO 2, from 0.4 to 0.6% for LizO and 0.05 at 0.06% for Na2O.
Table 4 Reference formulaFormule referenceFormule reference n1 n2 n3 Diameter metal 3.2 3.2 3.2 of grade 304L (in mm) Coating diameter (in 5.65 5.30 5.60 mm) Raw materials (powders off binders) entering in the composition of the coating (~ en weight in the dry mix) Total metallic materials22.3 27.0 22.6 (of which total Cr) (10.5) (12.0) (9.5) Total running 0.8 1.8 2.2 TiOz 34.9 29.0 31.0 CaC03 -10.4 -8.8 6.6 CaF2 3.9 3.2 2.8 (K20) x. (Na2O) y (AI203) Z. (SiO2) k23.4 29.8 27.9 (Feldspar type or Mica) (Al, Mg, Ca, Na) .Si40, o. (OH) 4.1 0 0 (clay type, bentonite) Fe203 0 0 1.7 Carbonates and fluorides0 0 4.7 various Sulphates and oxides 0.3 0.4 0.4 various Total 100% 100% 100%
Binders (quantity introduced in liquid form in g / kg dry mix) "Traditional" binders corresponding Na IK basis Si02 52 63 48 NazO 2.5 12 5 Kz0 22.5 19 17 "Ecological" binders basic substitution corresponding Li according to the invention (Li20) x. (Si02) y. (H20) z120-220 Is Si02 25-46 Li20 3.5-6.5 NazO 0.3-0.6 Hz0 80-180 Table 5 illustrates, for 2 electrodes of grade 316L of diameter equal to 2.5 mm formulated on the same basis of formulation and from spodumene, the influence of choice the type of silicate, that is to say, of binder, on the amount of Crv ~ in the welding fumes and the rate of smoke emission.
Table 5 EF formula Primary MattersElements (powders out of metal 21%
binders) various entering into Oxides, carbonates, the fluoride composition and 53%
others the coatings (% in weight in the dry mix Alumino-Spodumne type = compound Li base : 26%
silicate Silicate (under liquid form) - quantity 180 g / kg 180 g / kg silicate silicate type Li NaIK
Cru ~ result 0.6% 3 in the fumes Mission rate 0.08 g / min 0.14 g / min of fumes 'CA 02498246 2005-02-21 Formula E according to the invention, formulated from Li silicate in substitution of Na / K silicates in Formula F according to the prior art, gives rise to a concentration in Crv ~ in the fumes of 0.6% instead of 3.0%., A reduction of 80%.
Similarly, the fume emission rate of Formula E is greatly reduced by almost 50% compared to Formula F.
Coating strength of coated electrodes The viscosity of lithium silicates used in the context of the invention is generally very low, that is typically 15 to 50 centipoises (cpo) at temperature ambient temperature (20 ° C), therefore much lower than those of Na silicates and / or K traditional whose viscosity range is typically from 150 to 600 cc. The silicate density of lithium within the scope of the invention is around 1.2.
As a result, because of the high fluidity and the rheological properties very specific lithium silicate recommended in the context of the invention, difficulties significant contributions are made at different stages of the manufacturing process of electrodes environmentally friendly stainless - the low viscosity of Li silicate leads to a lack of tackiness of it and, consequently, leads to difficulties, on the one hand, in obtaining a good plasticity of the dough for its preparation, during the mixing steps and, on the other hand, compaction and extrusion of the dough and its shaping around Pâme metal of The electrode.
the nature of the Li silicate causes a phenomenon of embrittlement of the coating that intervenes during the final baking cycle of the electrodes.
From there, without precaution of formulation, the electrodes thus obtained present coatings very fragile and can not claim to be sufficiently resistant to the plan 2 5 mechanical (shocks, falls, friction, folding ...) during their packaging, their transport, and their subsequent use in industrial environment.
In order to overcome the difficulties set out above, it is necessary to only carefully choose spinners (eg CMC, guar gum, alginates), particular their nature, quantity and combination, compatible with the necessary requirements to the formulation of ecological electrodes according to the invention, but also control the distribution granulometry of the dry mix.
By respecting these rules of formulation and using exclusively the silicate as a binder, it is possible to manufacture industrially in good conditions, 5 ecological electrodes of the soft fusion type, with (coating solid after their cooking.
To quantitatively estimate the coating strength of the electrodes manufactured in During development, a fall test was performed.
This test consists in successively dropping 10 electrodes coming from the same 10 manufacturing, from a height of 1 m on a hard horizontal surface, by example a floor concreted and express the strength of their coatings in mass fraction lost coating after 1 fall, then after 2 falls.
The result expressed for each series corresponds to the average calculated for the 10 electrodes of the considered series.
Figure 2 thus illustrates a series of results obtained from a certain number electrode drop tests (diameters of 2.5 mm and 3.2 mm) from various fabrications, for which variations have been made to the parameters of formulation listed above.
These results show that the parameters described influence considerably the Coating resistance of the corresponding electrodes.
On the other hand, good control of the lithium silicate used, as well as production / production parameters, achieved levels of solidity equivalent to standard stainless steel electrodes ecological, that is, say less than 7% of coating lost after a fall for electrodes whose 2 5 core diameter is less than or equal to 3.2mm, and about less than 15%
for some electrodes whose core diameter is greater than 3.2mm. It is also important to note that during welding, no excessive or abnormal sign of embrittlement of the coating is only felt under the effect of the heat of the arc that is spread along of the electrode. So, the melting of the coating during welding is in accordance with the requirements required for Such soft fusion type electrodes.
Another test to judge the coating resistance of said electrodes and bending them around a cylinder of compressed gas having a diameter of 230 mm, a confirmed the good embedding strength of the ecological electrodes formulated from lithium silicate according to the present invention.
Moreover, another series of tests consisted in manufacturing a certain number of prototype electrodes type 316L by varying the distribution granulometric dry mix, while playing on the type of rutile powders (Ti02) and calcite (CaCOs) used, non-metallic majority powders in the constitution of the coating of ecological electrodes soft fusion.
Cross-tests have been carried out using feldspar and silicate based Na / K used for the manufacture of traditional stainless electrodes, and spodumene and Li silicate free from Na / K, the latter being necessary for manufacture of ecological stainless electrodes of the invention.
For these tests, strands free of Na / K were used.
The particle size distribution of these powders is shown in Table 6.
Table 6 Powder of constitution of (coating and Breakdown granulomtrique corresponding Sieve (fraction in weight % in the various powders) (Nm) Rutile'fin'Rutile'gros'Galcite'fine'CalciteFelsdpathdeSpodumneEnsemble 'big'NaIK powders mtalliques +
other oxides, carbonates and fluorides <or 99 0 95 1 55 67 5 =
(fractions in weight ° 1 ° retained on sieves, obtained by sieving powder considered in order of sieves decreasing in size) The data in Tables 7a and 7b show the importance of consider a good distribution of the dry mixture to obtain electrodes to the coating solid by each proposing a test matrix for highlighting the influence of the nature of the coating and silicate powders used on the solidity coating electrodes and their ecological character.
Table 7a N formula 1 2 3 4 5 6 7 8 Raw materials (powders off binders) entering in the composition of the coating (%
weight in the mix dry) Metal powder package25 25 25 25 25 25 25 25 (Ni, Cr, Mo ...) + other oxides, carbonates and fluorides Feldspar of Na / K 26 26 26 26 0 0 0 0 Spodumne 0 0 0 0 26 26 26 26 Rutile "end" 37 37 0 0 37 37 0 0 Rutile "big" 0 0 37 37 0 0 37 37 Calcite "big" 9 0 9 0 9 0 9 0 Calcite "fine" 0 9 0 9 0 9 0 9 Na / K silicate (g in liquid form 180 I
kg of dry mix) Li Silicate (g under liquid form / kg 0 dry mix) Resulting characteristics of the electrodes Embedded strength 5.6 8.7 9.9 8.0 2.3 1.2 7.9 7.1 (1) Complies / Not conformed xxx yes yes xx (2) Ecological character xxxxxxxx (3) (1): loss in weight at the drop test in% according to the test described for the results from Figure 2.
(2): to evaluate the strength of electrode coatings, "x" means than the coating is too friable to allow packaging, transportation and the use of the electrode in industrial conditions; "Yes" means that the coating strength of the electrodes manufactured is compliant and allows their packaging, transportation and in good conditions.
(3): "x" means non-compliant and "yes" means compliant.
Table 7b N formula 9 10 11 12 13 14 15 16 Raw materials (powders off binders) entering in the composition of the coating (%
weight in the mix dry) Metal powder package25 25 25 25 25 25 25 25 (Ni, Cr, Mo ...) + other oxides, carbonates and fluorides Feldspar of Na / K 26 26 26 26 0 0 0 0 Spodumne 0 0 0 0 26 26 26 26 Rutile "end" 37 37 0 0 37 37 0 0 Rutile "big" 0 0 37 37 0 0 37 37 Calcfte "big" 9 0 9 0 9 0 9 0 Calcite "fine" 0 9 0 9 0 9 0 9 Na / K silicate (g in liquid form 0 kg of dry mix) Li Silicate (g under liquid form / kg 180 dry mix) Resulting characteristics of the electrodes Embedded strength 11.4 13.3 12.412.7 7.4 8.2 5.6 4.4 (1) Compliant / Non compliant xxxxx yes yes (2) Ecological character xxxx yes yes yes yes (3) % t (1 according to ) to the : test green dcri in weight at test of fall in results from Figure 2 ..
(2 ~: to evaluate the strength of electrode coatings, "x" means than the coating is too friable to allow packaging, transportation and the use of the electrode in industrial conditions; "Yes" means that the coating strength of the electrodes manufactured is compliant and allows their packaging, transportation and in good conditions.
(3J: "x" means non-compliant and "yes" means compliant.
It appears from these Tables 7a and 7b that the use of simultaneous / joint so-called "ecological" ingredients, namely Li silicate, spodumene, and ropes free from Na / K
makes the task even more delicate if one wants to manufacture electrodes stainless 1 o ecological resistant coating.
The formulation of low-emission soft fusion type stainless products of fumes requires the use of a number of powders of a specific nature, according to precise contents.
Obtaining solid ecological green type fusion electrodes is then conditioned by the use of a non-uniform particle size distribution limited to weak only when the ingredients Li.
This can be achieved by using a rutile powder, composed in quantity majority in the coating stream, whose particle size distribution is located mostly above 100 Nm.
2 o In general, this is achieved by the joint use of a go of the mixture whose average particle size is greater than or equal to 100 Nm, with a secondary part of fine powders, that is to say <40Nm.
Operational performance of coated electrodes, in particular soft fusion and slag detachment Fusion merges the manner in which the electrode melts during welding.
She characterizes the transfer of the drops of metal and the melted coating that takes place between the electrode that is consumed and the melt on the part to be welded.
A fusion which is carried out with a transfer of mostly fine drops is qualified as a soft merger. It is characterized in this case by a breath regular, low sound intensity, superimposed by a slight crackling, and is a sign a comfort obvious use for the welder.
A smooth fusion is accompanied by a very small amount of projections in during welding. These are very fine when they exist. The projections represent the 5 quantities of metal that are ejected out of the arc during welding or which result from Splashing drops of liquid metal into the melt.
In flat welding, the slag continuation is the line defining the limit between the bath of fusion, ie the liquid metal, at the tip of the electrode and the liquid milk supernatant in area.
Since it defines the size of the melt, the shape and the stability from the slag suite conditions the shape and regularity of the underlying bead and, in particular, finesse and regularity of the striations on the surface of the bead after solidification.
For a "soft fusion" type electrode, the slag sequel is generally very near the tip of the electrode behind the base of the arc.
The formulation of a soft fusion type electrode must therefore be such that following of slag appears calm and stable because otherwise, it can constitute a gene for the welder and can cause bead appearance defects (streaks irregularly spaced, over or less marked ...), or inclusions of slag in the deposit.
In general, the formulation of a soft fusion electrode should to permit Obtaining a stable slurry and slurry.
In addition to the operating aspect during welding, a stainless electrode of type soft fusion is characterized by - in flat angle welding, a generally flat bead appearance, or even concave, - fine streaks and regularly spaced from each other, A stable and regular bead, - Of course, a cord free of defects, such as gutters, adhesions slag, cracks or bites, - a detachment of easy slag, or even self-detachable over its entire length Or on some parts.
In soft-fusion rutile formulas, surfactant elements, such as Sb, Bi, Se, Te, S must be judiciously controlled in coatings to get a good slag detachment without the operating performances and / or the resistance of coating the product are affected.
Tables 8a and 8b show that (obtaining a stainless electrode ecological system according to the invention, of soft-melting and coating type solid, is conditioned by the use of a number of raw materials of which proportions must be carefully controlled.
More precisely, in Tables 8a and 8b are recorded matrices test lo highlighting the influence of the nature of coating powders used on operative performance of the electrodes and the strength of their coating.
Table 8a N formula 1 2 3 4 5 6 7 8 Rutile 35.435.4 35.4 35.4 35.4 35.4 35.4 35.4 Raw materialsMiscellaneous carbonates9.6 9.6 9.6 9.6 1.9 1.9 1.9 1.9 (powders S from 0.7 0.7 0 0 0.7 0.7 0 0 + binders) sulfates entering various the composition Total amount0.4 0 0.4 0 0.4 0 0.4 0 from (coating Sb, Bi, Se (% in and Te weight in Silicate 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 the coating) of Li (part dry, c - d SiQ2 +
Li20 + traces whose Nazo) Features rsultantes electrodes Sweet fusion yes yes yes yes yes yes yes yes with little projection Fusion I x yes yes yes xxxx continued stable Separation yes yes yes x yes yes yes x dairy Aspect of x yes yes yes xxxx cordon Solidity of coating xx yes yes xx yes yes x "means non-compliant and" yes "means compliant Table 8b N formula 9 10 11 12 13 14 15 16 Rutile 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.314.3 Raw materialsMiscellaneous carbonates9.6 9.6 9.6 9.6 1.9 1.9 1.9 1.9 (powders + S from 0.7 0.7 0 0 0.7 0.7 0 0 binders) sulphates entering various the composition Quantit 0.4 0 0.4 0 0.4 0 0.4 0 total the coating in (% in Sb, Bi, Se and Te weight in Silicate 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 the coating) of Li (part dry, c - d Si02 +
Li20 + traces whose Nazo) Features rsultantes electrodes Soft fusion xxxxxxxx with little projection Fusion I continued x yes yes yes xxxx stable Separation yes yes yes x yes yes yes x dairy Aspect of xxx yes xxx yes cordon Solidity of coating xx yes yes xx yes yes x "means non-compliant and" yes "means compliant Characteristics of the final product Table 9 below summarizes all of the fundamental principles of formulation / manufacture of ecological stainless electrodes according to the invention that he is necessary to respect for the optimization of their main properties, to to know a reduced smoke emissions, low hexavalent chromium content, less than 1% in fumes, a possible fabrication, a solid coating, a good operative weldability, (ie soft fusion, stable arc, little or no projections), and a welding cord beautiful appearance, healthy, clean, uniform, shiny, and finely streaked, with good anchorage, as shown in the photos of Figures 3 and 4, and a good slag detachment, as shown in Figure 3 Table 9 Prerequisites during property of the electrodes the formulation of the electrode In order to obtain Rate LevelManufactureGood Good Elimination good ones properties of this residenceCr ~~ possible resistanceperformanceand cleaning weakness of of smokes in the electrodelopageopratoire slag of the (*) low fumes easy electrode Using XX
silicate lithium Using an X X
quantity maximum allowable of lithium silicate Using XXX AgentsX
extrusion special Using XX
combinations selected agents extrusion special Distribution XXXX
granulomtrique powders Absence of sodiumX X
and of potassium by substitution of powders (feldspar) by similar powders Li base (spodumne, ptalite ...) Use of XXXX elements surfactants appropriate and combination (*): that is soft tusion, stable arc, little or no projections, and cord of Welding of good appearance, healthy, clean, uniform, shiny, and finely streaked, with good wetting.
The following Table 10 shows, for its part, the uniqueness of the electrodes environmentally friendly stainless steels of the invention manufactured using silicate of lithium-and powders of substitution based Li compared to stainless electrodes "
traditional "no made from Na and / or K silicates and others ingredients containing the Na and K.
The ecological stainless electrodes of the invention make it possible to reduce 25%
at 98% smoke emissions compared to standard stainless electrodes and lead to a content of Cr ~~ (expressed in% in the fumes) of 4 to 5 times lower than those of the standard electrodes.
Only the ecological electrodes of the invention generate a low content in hexavalent chromium, which is in addition less than 1%, which implies that Cr ~~ is no longer the determining factor of the toxicity of the fumes and therefore the amount Cr ~~ issued (expressed in g / min) is 5 to 9 times lower than stainless electrodes standard.
Table 10 Mission rateCreater in Cr ~~ Mission rate from in fumes (g / min) the fumes of Cr ~~ in the welding (%) smokes welding (glmin) Electrodes traditional no ecological formulas0.15 0.19 2.2 3.2 0.30 0.60 from Na and K
Electrodes ecological formulas0.10 0.11 0.5 0.6 0.05 0.07 from Li 1 o The values given above correspond to formulated electrodes on soul diameter 3.2 mm, grade 316L.
The comparison of the analyzes of the fumes emitted by these different electrodes illustrates their difference in formulation (see Table 11).
Table 11 Analysis of fumes (%
weight per report to total weight collected fumes) K Na Li Electrodes 24 38% 1 7% 0.1 0.4%
"Traditional"
no ecological formulas from Na and K
Environmental electrodes1 1.5% 1 1.5% 4 6 formulas from of Li The values indicated above correspond to electrodes of grade 316L, diameters of 2.5 and 3.2 mm.
Claims (16)
en poids. 6. Electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the total proportion in the coating of Na and K is less than or equal to 0.50%
in weight.
- de 0.8 à 18.5% de AI20s, de préférence de 2 à 16.5% de Al2O3, - de 5 à 40% de SiO2, de préférence de 9 à 35% de SiO2 - de 15 à 45% deTiO2, de préférence de 20 à 40% deTiO2, - de 2.8 à 8.5% de CaO, de préférence de 4 à 7.5% de CaO, - de 0.5 à 5% de CaF2, de préférence de 1 à 4% de CaF2. 10. Electrode according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coating contains, expressed in% by weight in the coating, powders serving the constitution of the coating in the following proportions:
from 0.8 to 18.5% of Al 2 O 3, preferably from 2 to 16.5% of Al 2 O 3, from 5 to 40% of SiO 2, preferably from 9 to 35% of SiO 2 from 15 to 45% of TiO 2, preferably from 20 to 40% of TiO 2, 2.8 to 8.5% CaO, preferably 4 to 7.5% CaO, from 0.5 to 5% of CaF2, preferably from 1 to 4% of CaF2.
- de 0.4 à 10.0% de Al, de préférence de 1 à 9% de Al, - de 2.0 à 19.0% de Si, de préférence de 4 à 17% de Si, - de 9.0 à 27.0% de Ti, de préférence de 12 à 24% de Ti, - de 0.2 à 3.0% de Ca, de préférence de 0.5 à 2.5% de Ca, et - de 0.2 à 3.0% de Li, de préférence de 0.4 à 2.6% de Li. 11. Electrode according to one of claims 1 to 10, characterized in that the coating contains, expressed in% by total weight in the coating of the electrode, elements used for the constitution of the coating in the following proportions:
from 0.4 to 10.0% Al, preferably from 1 to 9% Al, from 2.0 to 19.0% Si, preferably from 4 to 17% Si, from 9.0 to 27.0% of Ti, preferably from 12 to 24% of Ti, from 0.2 to 3.0% Ca, preferably from 0.5 to 2.5% Ca, and from 0.2 to 3.0% Li, preferably from 0.4 to 2.6% Li.
d'au moins 17% en poids dans la formule sèche de particules de granulométrie supérieure ou égale à
100 µm et d'au moins 8% de particules fines de granulométrie inférieure ou égale à 40 µm. Electrode according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the coating is obtained from a dry mixture of coating powders formed at least 17% by weight in the dry formula of particles of greater particle size or equal to 100 μm and at least 8% fine particles of smaller particle size or equal to 40 μm.
3.2 mm. 13. Electrode according to one of claims 1 to 12, characterized in that the amount of material coming off the coating after a drop test, in which the electrode undergoes a vertical free fall from a height of 1 meter on a horizontal surface hardness is less than or equal to about 15% by weight relative to the total weight of the coating for electrodes having a core diameter of 1.6 to 6 mm, preference less than or equal to about 7% for electrodes whose core diameter is inferior to 3.2 mm.
- de 5 à 45% en poids d'au moins un alumino-silicate à base de lithium ou au total de 0.2 à 3% de lithium issu de l'ensemble des éléments servant à la constitution de l'enrobage sous forme poudres et liants, - au moins un agent de filage exempt de Na ou/et K, - du silicate de lithium en tant que liant, - environ 10 à 55% en poids d'un ou plusieurs éléments métalliques sous forme de ferro-alliages ou d'éléments seuls, et - une proportion totale dans l'enrobage de Na et K comprise entre 0 et 0.5% en poids. 16. Electrode coating, characterized in that it comprises, the percentage (%) by weight of each compound being expressed relative to the total coating weight of the electrode:
from 5 to 45% by weight of at least one lithium-based alumino-silicate or total of 0.2 to 3% of lithium from all the elements used for the constitution of the coating in the form of powders and binders, at least one spinning agent free of Na and / or K, lithium silicate as binder, approximately 10 to 55% by weight of one or more metallic elements in the form of of ferroalloys or single elements, and a total proportion in the Na and K coating of between 0 and 0.5% in weight.
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| JPH07276082A (en) | Low hydrogen type coated electrode |
Legal Events
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|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |